凝泵变频器运行故障分析及应对措施

龚恺恺

（浙江浙能镇海发电有限责任公司，浙江 宁波 315208）

变频器不仅调速平滑、范围大、启动电流小、运行平稳，而且节能效果显著，同时具有结构紧凑、小巧、可实现无触点软启动和调速控制等许多优点，因此在发电厂及工矿企业中广泛运用，如镇海发电厂的引风机、凝结水泵（简称凝泵）等均采用了变频器。

变频器大量使用电力电子器件，容易受到温度、湿度、尘埃、振动等环境因素的影响，发生各种故障，影响设备的正常运行。以下介绍了镇海发电厂凝泵变频器使用过程中暴露的问题及应对措施。

1 凝泵变频器及相关设备

凝泵变频器选用ABB公司的ACS800系列中压变频装置，参数如表1所示。

系统接线方式如图1所示。6kV电源经出线开关DL送至隔离变压器（简称隔离变），隔离变由6300 V降压为720 V，经690 V中压变频器软启动装置启动690 V电动机。凝泵甲变频器输出隔离开关Q1与软启动输出隔离开关Q2机械联锁，不能同时闭合，凝泵乙变频器输出隔离开关Q3与软启动输出隔离开关Q4机械联锁，不能同时闭合。变频器与隔离变独立安装，均安装在主厂房0 m层。为保证变频装置的正常运行，在变频小室安装了集中空调及单体空调。

表1 凝泵变频器参数

2 电动机绝缘损坏

2.1 故障现象

凝泵电动机采用Y400-4型普通立式三相异步电动机（散嵌绕组），变频器投运后陆续发生了3次变频器过流动作跳闸，经检查变频器及电缆均无异常，进一步检查电动机，发现故障点都在电动机定子绕组上，其中一相线圈匝间短路，并造成故障槽内异相的线圈间绝缘击穿，使变频器过流动作跳闸。

图1 系统接线方式

2.2 原因分析

ACS800系列变频器为半控整流、二电平结构的PWM电压源型变频器，输出为矩形脉冲电压，由于为二电平结构，输出相电压电平数为2个，有很高的电压变化率du/dt，输出波形质量差。当电压的du/dt很大时，电动机定子绕组首匝要承担约80%的脉冲电压幅值，易造成电动机机端匝间绝缘击穿，造成短路。

2.3 应对措施

根据厂家硬件手册中的可选滤波模块说明，在变频器输出端加装du/dt滤波器，抑制变频器输出电压的高频分量，降低电压的du/dt。虽然加装滤波器之后能极大地改善电压波形，但是不可避免的还是有少量电压尖峰存在，期间又出现了1次电动机绝缘击穿。因此，还应从电动机选型方面考虑，将电动机改为采用成型绕组的YLTP400-4型变频调速三相异步电动机，目前运行良好，没有再发生绝缘击穿故障。

3 变频器温度高报警

3.1 故障现象

变频器小室中装有双金属温度计，定值设为35℃报警。在维修人员巡回检查时，发现处于运行中的乙凝泵变频器柜门烫手，于是马上通过手操器查看变频器实时信号，发现其中凝泵变频器的绝缘栅双极型管温度为100℃（跳闸值为125℃），控制板温度为55℃（跳闸值为88℃），而此时的变频小室温度仅为23℃。

3.2 原因分析

显然，变频器温度高不是由于小室温度高而引起。拆下滤网进一步检查发现，所有滤网都干净且通风良好，但控制电源供电板进风口滤网已经烧毁1/3，说明内部发热已经极其严重。将手放在进风滤网口，非但不能感觉到风的吸力，而且能感觉到有热风吹出，由此可见肯定是出风口堵塞。变频器出风口在变频器柜顶前后两侧，且有铜丝网围住，防止异物进入风道。由于铜丝网网孔极细小，且铜丝网为暗黄色，是否积灰很难用肉眼分辨，一旦积灰，很容易将网孔堵塞，造成通风不畅，从而造成变频器内部温度高。

3.3 应对措施

在变频器前后两侧出风口铜丝网上各钻间隔均匀的10个直径为2 mm的小孔，这样既能保证通风效果，又能防止异物进入风道；定期清扫进风口滤网时，用毛刷清理出风口铜丝网上的积灰。通过上述处理后，运行至今未发现有变频器温度高现象，绝缘栅双极型管温度维持在40℃左右，控制板温度维持在35℃左右。

4 变频器风机故障

4.1 故障现象

3号机凝泵乙变频器柜顶风机运行中有异声，并且略有焦糊味，停运变频器，测量风机电动机电容器值，发现标称值为5 μF±5%的电容，测量值只有0.014 μF。风机电动机解体后，发现部分定子线圈发热严重，有烧毁和部分匝间短路现象。

4.2 原因分析

检查电容器外观完好，并无漏液，电容器上有标称参数：420 V～30000 h/CLASS A。凝泵乙变频器至故障发生时运行约28000 h，变频器处于运行或热备用状态时，柜顶风机和变频模块的冷却风机都在运行，已经很接近标称的30000 h的寿命，电容值的减小，降低了电动机的电磁转矩，使得电动机长期过载运行，造成定子线圈发热烧毁。

4.3 应对措施

（1）利用3号机凝泵乙停运机会，又检查了变频器变频模块的冷却风机及其电容器，检查发现标称为6 μF±5%的电容量实测值只有4.1 μF，此电容器同样已经快到了30000 h的寿命。更换柜顶风机和2个风机的电容器后，运行正常。

（2）利用机组小修机会，定期检查电容器，更换容量下降超出标称范围的电容器，并通过手操器查看变频器实时信号FAN ON-TIME（传动单元冷却风扇的运行时间），当风扇运行时间达到30000 h时，立即更换电容器，并将FAN ONTIME参数清零。

（3）更改风扇启动回路。原风扇启动回路设计为变频器进线开关送电后，就启动风扇，因此在变频器热备用状态，风扇也是运行的。而一般2台凝泵变频器为1台运行1台热备用，因此应将风扇启动回路更改为由变频器运行信号启动风扇，这样就能减少电容器的一半运行时间，延长电容器的使用寿命。

5 变频器整流晶闸管损毁

5.1 故障现象

6号机凝泵乙变频器整流桥晶闸管发生短路故障，B相爆炸、AC相开裂，进线开关熔断器爆炸，进线开关QS1损毁。电动机控制和I/O电路板（RMIO板）以及板上的扩展I/O模块（RDIO模块）被熔断器爆炸引起的弧光灼黑，RMIO板与手操器连接的网线、主电路接口板（AINT板）连接的光纤烧毁。

5.2 原因分析

由于进线开关损毁，因此变频器不能上电，用继保测试仪将控制电源送入RMIO板上，用网线将RMIO板与手操器连接起来，幸运的是虽然RMIO板被烟气熏黑，但上电后仍能正常工作，从手操器上读出的故障信息如下：

19613H 35MIN 10S OVERCURRENT（2310）（变频器过流），19613H 35MIN 11S PPCC LINK（5210）（连接至 AINT板的光纤出现故 障），19613H 35MIN 14S RESET FAULT（故障自复位），19613H 35MIN 14S PPCC LINK（5210）（故障复不掉，仍报连接至AINT板的光纤出现故障），19613H 35MIN 16S I/O COMM ERR（7000）（控制板、CH1通道的通信出现错误），19613H 35MIN 19S AI＜MIN FUNC（8110）（模拟控制信号低于最小允许值）。

由上述故障信息可见，变频器由于快速增速或减速而引起瞬时输出过流，1 s后RMIO板与AINT板连接的光纤通信晶闸管出现故障，导致逆变桥触发脉冲混乱，逆变颠覆造成直流母线短路，导致整流桥B相晶闸管爆炸，整流桥AC相晶闸管裂开，短路导致进线开关熔断器过流爆炸，故障扩大。查看熔断器型号为BUSSMANN 500NH3 G690 gG I1=120 kA，gG型号的熔断器为普通熔断器，而变频器要求配用快速熔断器，熔断时间小于0.5 s。

5.3 应对措施

（1）检查其他变频器的熔断器，发现只有4号机凝泵甲变频器和6号机凝泵甲变频器为快速熔断器，型号为BUSSMANN 170M6813 690V 900A aR700-200 kA，且短路容量大大高于gG型号的普通熔断器。将所有500 A的gG型普通熔断器更换为快速熔断器。

（2）每次小修时定期检查光纤、网线等通信线的接口，确保未松动且连接可靠。

（3）加强变频器小室的抗干扰措施，禁止在变频小室使用无线通信设备。

6 模拟量输出故障

6.1 故障现象与分析

3号机凝泵乙变频器转速指令与反馈偏差大，反馈速度比指令小了20%左右。

至就地查看变频器手操器上实时信号SPEED（速度）与指令是一致的，初步分析是模拟量输出模块损坏，拆开外侧线后，用毫安信号仪测量速度反馈信号，测得的毫安信号经换算后与实际转速一致。DCS（分散控制系统）的模拟量采集模块的采样电阻为250 Ω，接上电阻箱（电阻250 Ω）再次测量毫安信号，发现信号有20%衰减，与故障现象一致，表明变频器速度模拟量信号输出模块的带负载能力下降。

6.2 应对措施

（1）由于RMIO板上只有2路模拟量输出，分别为电动机转速和变频器输出电流，因此只能在RMIO底板上加装1个模拟扩展模块（RAIO）。

（2）购买RAIO和RDIO备件，加强对变频器模拟量和数字量输入输出的监视，一经发现问题，立即更换或加装模块。

7 变频改造及运维管理的建议

（1）在变频改造过程中，如采用高压变频的12脉冲完美无谐波变频器，可不考虑更换原电动机；如采用半控整流、二电平结构的PWM电压源型变频器，由于当电压的du/dt很大时，电动机定子绕组首匝要承担约80%的脉冲电压幅值，易造成电动机机端匝间绝缘击穿，造成短路。最好将电动机也改型为成型绕组的变频电动机，并在变频器采购时订购du/dt滤波器，抑制变频器输出电压的高频分量。

（2）变频器室应防尘、防潮，如有条件最好能采用内循环空气冷却，运行时室温宜控制在25℃左右，不宜过高或过低，过高易造成电子器件超温及老化，过低易结露，特别是变频器刚停运时由于元器件温度较高，而此时室温过低更容易造成结露。平时要定期清扫进风口滤网和出风口的积灰。

（3）定期更换冷却风扇。冷却风扇保证变频器主回路电力电子器件工作在允许温度以下；冷却风扇的寿命受限于轴承、电容器等，对于接近使用寿命的冷却风扇，需进行轴承检查、更换电容器或冷却风扇。建议每2年更换风机电容器，每4年更换冷却风机。

（4）功率单元及进线开关的熔断器宜采用快速熔断器，在变频器故障时可以快速切断故障，防止事故扩大。在正常使用条件下，熔断器寿命约为10年，可按此时间考虑更换。

（5）不少变频器都自带UPS（不间断电源），控制电源取自UPS二次侧,可能由于蓄电池缺乏维护，容量下降而导致在UPS逆变供电时，变频器失去控制电源。建议每年利用机组小修的机会更换变频器自带UPS的蓄电池。也可以取消变频器自带的UPS，采用更为可靠的厂用UPS。

（6）由于中高压变频器中大多采用光纤和网线通信，因此必需加强对光纤接口，网线接口的检查及紧固，且光纤接口必需注意防尘和弯曲直径大于10 cm。

在变频器运行维护上应不断总结经验，采取积极有效的应对措施，提高变频器的运行可靠性。

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