空冷风机变频器的应用和故障分析

周璐璐

摘 要：空冷机组运行中，变频器的应用日益广泛，在增加经济效益的同时也引起了一系列问题。空冷散热器的变频器在日常应用中，尤其是夏季高温时段极易发生跳闸、报警问题，对空冷器真空度、运行负荷等均会产生影响，降低了机组运行安全性、经济性。文章针对风机变频器的应用、故障原因、应对方法等进行了探讨，旨在提高变频器的应用效果。

关键词：空冷风机；变频器；故障分析；预防措施

中图分类号：TM921.51 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）06-0069-02

Abstract： In the operation of air-cooled units， the frequency converter is increasingly widely used， which causes a series of problems while increasing economic benefits. The frequency converter of air-cooled radiator is easy to trip and alarm in daily application， especially in the high temperature period in summer， which will affect the vacuum degree and operation load of air cooler. The operation safety and economy of the unit are reduced. In this paper， the application of fan frequency converter， fault causes， countermeasures and so on are discussed in order to improve the application effect of the frequency converter.

Keywords： air cooler； inverter； fault analysis； preventive measures

1 概述

当下空冷器风机控制中，采用变频控制的居多，部分大型空冷机组的运行中，会配置变频控制柜、变频间等设置。借助硬接线、通讯等与整个DCS相连接，空冷系统在DCS控制下，可结合蒸汽流量、环境温度、风机转速等进行控制管理，保证汽轮机排汽压力的全面合理性。当下较为常用的变频器型号包括ABB、日立等，需要结合企业要求、工艺特殊性等进行选择。

2 变频器运行维护特点

变频器作为一种敏感度较高的电力电子设备，运行环境较为苛刻，包括温度、湿度、粉尘等都需要控制在一定范围内。第一、工作温度：作为内部大功率运行的元器件，对工作温度极为敏感，一般需要在0-55℃范围内运行，为了充分提高产品质量、运行可靠度，需要考虑温度余量等限制，尽量控制在40℃之内较为安全。第二、环境温度，风机变频器环境温度范围一般需要维持在-10～50℃，环境温度会对工作温度造成一定影响。一般状况下，变频器运行温度下降，其整体使用寿命、运行性能将会显著提高。第三、湿度，风机变频器作为一个电子元件，必须考虑其运行环境的湿度，如镇海炼化企业处于海边地区，梅雨季节当地湿度大幅增加，对变频器安全运行具有负面影响。因此可在变频器室内安装空调，一方面起到降温的功效，同时是维持湿度在合理范围内的必要措施。但是空调风不可直接吹向变频器，避免空调停运间隙期间，形成温差问题等引入潮气、凝露等负面影响。第四、振动、冲击作用，装有变频器的控制柜，在外界振动、冲击作用下，可能会发生故障问题，如接触不良。需要及时管理控制柜的机械强度，降低外界机械作用的负面影响，必要时可借助抗震橡皮垫进行柜外控制，提高对内电磁开关等部件的有效管理。第五、粉尘，变频器的应用中，需要加强室内清洁度的管控，传统变频器室内是强制对流通风的管理模式，运行维护难度较大。当下条件逐渐改善，变频器一般借助空调降温进行管理，降低了室内室外空气快速交换的负面影响，对运行环境的优化具有极大帮助。

3 空冷风机变频器故障及应对策略分析

以金山空冷器管束为例进行分析，该企业管束是哈空调制备，风机是上海尔华杰提供，变频器厂家是南京自动化提供。空冷岛是四排管控制，每个管束包括四台风机，每个风机由一个变频器控制，安装在空冷岛下部。该企业的空冷器在2007年投运后，前期运行正常，后期受当地海拔、温差过大等气候条件影响，逐渐出现负荷增加、真空度下降等掌控，变频器频繁跳闸，危害十分突出，具体状况及原因分析如下。

3.1 过热故障。该故障的处理方法为：首先检查当地环境温度是否在规定范围内，结合环境温度进行风机进口温度的核算；其次，检查变频器的散热风机等部件是否发生问题，保证散热风机的正常运作，避免风道发生堵塞问题，如果发生堵塞需要及时进行检修、清理处理；再者，检查变频器的温度指示参数是否合理，并定期进行显示参数的核查；最后检查变频器的风扇，工程经验表明，风扇损坏时，将会发生较为严重的热量积聚问题。

3.2 过电流。处理方法：第一、核查设备三相电源的完整性，是否发生缺相、不平衡等问题，提高电源运行的可靠度和稳定性；第二、及时进行电机接线端子（U＼V＼W）的排查，避免电路发生对地短路、相间短路等问题；第三、核查电机电缆等因素，提高相序合理性；结合變频器输出位置的开关等进行分析，避免误动作带来的危害，此处需要注意在启动前必须进行复位操作；第四、核查变频器的加速时间，过长过短均不利。

3.3 过载。处理方法：第一、检查负载是否发生问题，如过重问题等，避免空载启动操作；第二、核查变频器的输出是否满足三相平衡的要求；第三、对变频器进行输出侧开关的检查，避免电磁开关等发生误动作问题；第四、合理控制变频器的加速时间，不可过长过短；第五、对减速机进行温度核查，润滑油在冬季低温状况下，粘度增加，负载增大，必要时需要对润滑油进行加热处理，一般冬季最低温度需要高于18℃。

3.4 过电压、欠电压分析。过电压处理方法：需要考察电源电压是否在规定范围内，启动电压前需要及时通知相关负责人，避免电压不稳等带来的危害。欠电压处理方法：需要考虑电源是否发生断电问题等状况，核查电路器件的故障问题、接触状况等，保证供电的全面有效性，启动前进行电源和设备的全面稳定性分析；并及时核查系统是否发生大启动电流的状况，降低负载过高或者多台大型设备同时启动的状况。

3.5 振动、噪声方面的分析。风机振动故障主要与电机脉动转矩、系统共振相关，尤其是二者达到频率一致，形成共振时危害更加突出。噪声包括：变频装置、电机噪声两方面要素，不同安装环境下需要加强处理方法的优化和选择。变频器调试中，需要在保证精度的前期下降低脉冲转矩的影响；经过调试获取其机械共振点，避免变频器频率的影响，需要及时将共振点排除在外；考虑到空冷器中，变频噪声与风扇电抗器相关，一般需要选择低噪音元器件，并在电机、变频器之间及时设置交流电抗器，避免PWN调制方法等引起的高次谐波问题。如现场运行结果表明，加氢裂化F304装置在40Hz状况下，极易发生振动问题，多次实验分析后确认该频率为其共振点，将这个频段屏蔽后可消除其故障等带来的负面影响。

3.6 接地、雷電感应故障分析。接地处理：及时对电机进行接地检查，一般停运后再次启动需要进行绝缘状况的测试和分析；对电机电缆进行绝缘状况的测量和分析处理。雷电感应处理：雷击形成的冲击电压可能会对变频器造成一定影响，可在变频器周围设施避雷设备，如加装AC电抗器，可大幅增加变频器抵抗电压的能力和效果。

3.7 变频器及控制部分的干扰问题。部分变频器周围存在干扰源，产生干扰会通过敷设、电源线等形式对设备内部造成影响，容易造成控制回路问题，如停机问题，甚至会发生损坏变频器设备的问题。此外，主回路非线性问题，包括开关动作问题变频器本身属于谐波干扰源，可能会对电源侧、输出侧等产生影响。变频器与主回路相比，具有能量小、信号弱的特点，容易受到其他装置的影响，为此，安装中需要及时对控制回路进行优化处理，包括抗干扰管理等。

4 空冷风机变频器预防措施分析

4.1 规范化使用和管理。及时制定变频器的规范化管理，建立日常维护制度方面的优化，设立专人保管的制度，结合运行数据、故障记录等进行设备管理，定期对变频器、电机的运行数据等进行核算，保证变频器的输出电压、输出电流、内部直流电压和温度等参数满足要求，并及时与相关数据进行比对分析，这对提前发现故障问题和隐患问题具有极大帮助；一旦变频器发生跳闸故障，需要及时进行代码记录，了解变频器的运行状况方可进行故障原因的分析和处理。

4.2 加强日常检查管理。风机变频器的日常维护中，需要15天检查一次，记录变频器运行的三相电压等相关参数，并考虑其相关数据之间的平衡度，及时进行平衡度的比较和分析；检查散热器温度、环境温度等参数；核查变频器是否发生振动异响等状况，提高风扇运行稳定性的合理分析和控制。

5 变频调速节能效益分析

石化企业中，一般是泵类设备负荷较高，然后是风机、压缩机、搅拌设备等，其中泵体、风机的负荷比例高达80%。传统风机、水泵等设备的控制，大部分是借助流量、压力等参数的调节实现控制，如调节挡风板高度、控制节流阀开关大小等，实现对压力和流量的管理。借助变频调速对流量和压力进行调控，其特性曲线如图1 所示。

图中，曲线1、2 是节流阀控制调节曲线，1 是阀门关小的曲线、2 是阀门全开的曲线、3是扬程特性曲线，4是阀门开度一定状况下借助变频调速实现节能效果的曲线。工作点从A转移到C，流量、扬程下降，电机消耗功率与节流阀调节方式相比下降，此时功率与OECH成正比关系，从图中可看出节能效果十分突出。此外，流量与转速成正比，轴功率与转速的三次方成正比，转速下降20%，功率下降到51.2%，当转速下降50%时，轴功率下降幅度高达12.5%，电能节约效果十分明显。

另一方面，间接经济效益分析中，电机全压启动后，启动电流会对电网产生较大的瞬间冲击作用，进而对系统电压产生作用。借助变频设备，可大幅降低启动操作对设备、电机的影响作用，是提高设备使用寿命的常规做法。借助变频调速装置的应用，一定程度上可以降低电流、噪音工作量等方面的负面作用。变频调速对改善电网功率因数具有极大帮助，该装置可快速实现闭环管理和控制，提高调节精度和稳定效果，从而实现经济效益的增加。

参考文献：

[1]张选正，史不海.变频器故障诊断与维修[M].北京：电子工业出版社，2008：242-258.

[2]原魁.变频器基础及应用[M].北京：冶金工业出版社，2005：278-290.

[3]王利君，刘维.空冷风机变频器常见故障及预防措施[J].内蒙古石油化工，2014，1：67-68.