分析孤島電站透平啟動變頻器故障的排除方法

吳必章

（中海石油（中國）有限公司秦皇島32-6作業(yè)公司，天津 300459）

1 概述

透平啟動變頻器是AB POWER FLEX 700H，在透平機(jī)組正常運行時，在透平控制盤UCP上有“VFD故障報警”產(chǎn)生，檢查確認(rèn)啟動變頻器在待機(jī)狀態(tài)，在UCP上復(fù)位后報警消除。停透平進(jìn)行變頻器檢查，可正常停機(jī)，還能正常啟動透平運行。

通過變頻器HIM可直接查詢8條件故障記錄，基本都是啟動馬達(dá)過流故障（F12 Overcurrent）、IGBT模塊高溫故障（F9 IGBT Over Temp），還有通訊端口DPI信號丟失故障（F81 Port DPI Loss）。在UCP上連接電腦檢查報價歷史記錄，存在大量啟動變頻器故障報警信息（U1.AL_SC5000_Fault Start VFD Fault）。

2 故障現(xiàn)象產(chǎn)生的原因分析

根據(jù)初步檢查結(jié)果和故障現(xiàn)象，查閱變頻器使用說明書及手冊，故障代碼“F#12”過流故障，是驅(qū)動器輸出電流超過硬件流限制。可能原因及排除措施有：（1）檢查編程；（2）檢查負(fù)載過大，直流升壓不當(dāng)設(shè)置，直流制動電壓設(shè)置過高或電流過大的其他原因；（3）檢查電機(jī)導(dǎo)線是否短路或電機(jī)短路；（4）信號線路干擾、馬達(dá)隨機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生回饋干擾信號，觸發(fā)誤報。

故障代碼“F9”IGBT模塊高溫故障可能原因有測溫回路故障誤報警，IGBT劣化擊穿高溫報警。

故障代碼“F81”通通訊端口DPI信號丟失故障，一般為接線端子虛接、屏蔽不良干擾和通訊板卡故障。

3 分析過程及檢修措施

鑒于變頻器故障可復(fù)位，在透平機(jī)組啟動和停運過程中，可正常運行，沒有發(fā)生報警停機(jī)事故。首先進(jìn)行軟故障排查：信號線路干擾、馬達(dá)隨機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生回饋干擾信號，觸發(fā)誤報；或者是參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、和其他軟故障。然后進(jìn)一步進(jìn)行硬故障排查：不排除IGBT個別性能不穩(wěn)定、劣化等原因?qū)е挛锢硇杂补收稀?/p>

（1）檢查負(fù)載過大，直流升壓不當(dāng)設(shè)置，直流制動電壓設(shè)置過高或電流過大的其他原因。

因變頻器是在待機(jī)狀態(tài)下報的過流，沒有運行電流，可能情況只有電流傳感器變送器有問題誤報。隔離電源后進(jìn)行檢查，拆解各接線端子沒有發(fā)現(xiàn)虛接現(xiàn)象等異常情況。

（2）停機(jī)斷電隔離后，拆解啟動馬達(dá)接線，分別檢測電機(jī)繞組相間直阻、絕緣，都正常；檢測電機(jī)電源電纜，相間絕緣和對地絕緣良好。不存檢查電機(jī)導(dǎo)線短路或電機(jī)短路故障。

（3）變頻器編程軟件問題排查。變頻器安裝調(diào)試投運后，現(xiàn)場沒有進(jìn)行過編程修改、也沒有進(jìn)行控制參數(shù)設(shè)置，沒有突發(fā)掉電情況，進(jìn)入各編程菜單及下拉菜單，沒有異常情況，基本可以排除編程故障。

（4）信號干擾問題排查。①通過插拔各信號纜，測試變頻器與UCP通訊纜，進(jìn)行反復(fù)測試，沒有發(fā)現(xiàn)異常。②打開啟動馬達(dá)接線端子盒檢查測溫信號線，能檢查到50Hz工頻干擾，和447mV感應(yīng)電壓，斷開馬達(dá)驅(qū)潮電源后，工頻干擾消除，但是感應(yīng)電壓在50～756MV之間波動，沒有明確的干擾故障特征。③另外，還有因電制原因?qū)е赂蓴_的可能性。因變頻器一般默認(rèn)電源是三相四線制電制，而海上電網(wǎng)是三相三線制不接地系統(tǒng)，拆檢變頻器時，發(fā)現(xiàn)共模電容器沒有根據(jù)不接地系統(tǒng)拆解，根據(jù)說明書進(jìn)行拆解：共模電容拆卸接線端子進(jìn)行絕緣處理、短接片進(jìn)行跳線處理、隔離整流器電路板上的端子X4進(jìn)行絕緣處理。

圖1 變頻器共模電容及跳線處理

（5）在排查故障源測試過程中，打開透平橇檢查啟動馬達(dá)，發(fā)現(xiàn)啟動馬達(dá)在透平啟動運行正常后未脫開，隨機(jī)轉(zhuǎn)動，此類故障一般原因為滑套老化，因隨動轉(zhuǎn)速不高對機(jī)組沒有其他次生影響。通過解體檢修，啟動馬達(dá)不再隨動，但故障現(xiàn)象還是偶有發(fā)生，基本排除該項干擾因素。

（6）IGBT模塊高溫故障排查。查閱變頻器故障歷史記錄存在大量IGBT模塊高溫報警，而且故障發(fā)生時偶爾還能聞到異常氣味，初步判斷確實有異常高溫現(xiàn)象。測量DC母排正負(fù)極電壓為541V，分別與外殼接地電壓實測為258V和278V比較均衡，未見接地異常。

分析變頻器內(nèi)部功能框圖（如圖2所示），其DC bus 電壓為541V，加載到3×3共9個IGBT模塊，每個IGBT模塊包括上下2只IGBT管承擔(dān)DC母線電壓，由于9個模塊都有獨立的測溫電路，但是共用一個高溫報警顯示，因此到底為哪個IGBT模塊高溫報警無法確認(rèn)。

圖2 變頻器逆變單元IGBT框圖

測量DC母排與輸出到電機(jī)的端子電壓，正極到輸出端子電壓為490V，負(fù)極到輸出端子為41V，不平衡，雖然無法判斷是否正常，但是根據(jù)電壓分析，初步判斷是IGBT下端的九個其中一個存在軟擊穿問題，如果上端9個之中任何一個再存在偶發(fā)的軟擊穿(根據(jù)曾經(jīng)產(chǎn)生過過流報警來看，排除了局部一個模塊上下2只管子同時故障的可能性，因為如果單獨一個模塊上下2只IGBT管子失效很可能直接炸管而不會產(chǎn)生過流報警)很可能是電機(jī)其中兩相存在1個上臂，一個下臂發(fā)生軟擊穿故障的可能；需要采購備件進(jìn)行替換排查，目前存在問題的變頻器為保證應(yīng)急使用，不使故障惡化造成完全失效，采取臨時措施：透平啟動變頻備用期間采取斷電的方式，隨用隨上電，用后斷電的操作模式，直到新變頻器到貨更換為止。

（7）變頻器更換安裝調(diào)試。新采購變頻器進(jìn)行外觀檢查、上電空載測試正常后進(jìn)行安裝前準(zhǔn)備工作。先協(xié)調(diào)動力班組退出透平機(jī)組運行，隔離電源，拆除舊變頻器，安裝新變頻器。注意信號線、與驅(qū)動電機(jī)電源線和溫度傳感器線纜連接質(zhì)量，做好填料函規(guī)范安裝，避免信號干擾導(dǎo)致運行部穩(wěn)定。

上電后，通過透平UCP盤柜PLC通訊協(xié)議控制，自動調(diào)整參數(shù)，確認(rèn)通訊正常即可。啟停透平機(jī)組進(jìn)行空載測試，在線監(jiān)測正常后，投運運行。

4 結(jié)語

通過以上檢測排查，結(jié)合報警時能感覺到異常氣味，證明高溫是真實存在的，那么在變頻器上電備用期間造成高溫，只能是有異常電流通路建立才會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，根據(jù)框圖描述分析，很大可能的一個原因是IGBT模塊有軟擊穿失效的異?，F(xiàn)象，部分原因也可能是驅(qū)動板元件故障造成的驅(qū)動異常產(chǎn)生了電流通路，因沒有備件進(jìn)行替換排查，采購新變頻器進(jìn)行更換安裝、調(diào)試投運，排除變頻器內(nèi)部軟故障給透平機(jī)組啟停帶來的安全隱患。