分析孤岛电站透平启动变频器故障的排除方法

吴必章

（中海石油（中国）有限公司秦皇岛32-6作业公司，天津 300459）

1 概述

透平启动变频器是AB POWER FLEX 700H，在透平机组正常运行时，在透平控制盘UCP上有“VFD故障报警”产生，检查确认启动变频器在待机状态，在UCP上复位后报警消除。停透平进行变频器检查，可正常停机，还能正常启动透平运行。

通过变频器HIM可直接查询8条件故障记录，基本都是启动马达过流故障（F12 Overcurrent）、IGBT模块高温故障（F9 IGBT Over Temp），还有通讯端口DPI信号丢失故障（F81 Port DPI Loss）。在UCP上连接电脑检查报价历史记录，存在大量启动变频器故障报警信息（U1.AL_SC5000_Fault Start VFD Fault）。

2 故障现象产生的原因分析

根据初步检查结果和故障现象，查阅变频器使用说明书及手册，故障代码“F#12”过流故障，是驱动器输出电流超过硬件流限制。可能原因及排除措施有：（1）检查编程；（2）检查负载过大，直流升压不当设置，直流制动电压设置过高或电流过大的其他原因；（3）检查电机导线是否短路或电机短路；（4）信号线路干扰、马达随机转动产生回馈干扰信号，触发误报。

故障代码“F9”IGBT模块高温故障可能原因有测温回路故障误报警，IGBT劣化击穿高温报警。

故障代码“F81”通通讯端口DPI信号丢失故障，一般为接线端子虚接、屏蔽不良干扰和通讯板卡故障。

3 分析过程及检修措施

鉴于变频器故障可复位，在透平机组启动和停运过程中，可正常运行，没有发生报警停机事故。首先进行软故障排查：信号线路干扰、马达随机转动产生回馈干扰信号，触发误报；或者是参数设置不当、和其他软故障。然后进一步进行硬故障排查：不排除IGBT个别性能不稳定、劣化等原因导致物理性硬故障。

（1）检查负载过大，直流升压不当设置，直流制动电压设置过高或电流过大的其他原因。

因变频器是在待机状态下报的过流，没有运行电流，可能情况只有电流传感器变送器有问题误报。隔离电源后进行检查，拆解各接线端子没有发现虚接现象等异常情况。

（2）停机断电隔离后，拆解启动马达接线，分别检测电机绕组相间直阻、绝缘，都正常；检测电机电源电缆，相间绝缘和对地绝缘良好。不存检查电机导线短路或电机短路故障。

（3）变频器编程软件问题排查。变频器安装调试投运后，现场没有进行过编程修改、也没有进行控制参数设置，没有突发掉电情况，进入各编程菜单及下拉菜单，没有异常情况，基本可以排除编程故障。

（4）信号干扰问题排查。①通过插拔各信号缆，测试变频器与UCP通讯缆，进行反复测试，没有发现异常。②打开启动马达接线端子盒检查测温信号线，能检查到50Hz工频干扰，和447mV感应电压，断开马达驱潮电源后，工频干扰消除，但是感应电压在50～756MV之间波动，没有明确的干扰故障特征。③另外，还有因电制原因导致干扰的可能性。因变频器一般默认电源是三相四线制电制，而海上电网是三相三线制不接地系统，拆检变频器时，发现共模电容器没有根据不接地系统拆解，根据说明书进行拆解：共模电容拆卸接线端子进行绝缘处理、短接片进行跳线处理、隔离整流器电路板上的端子X4进行绝缘处理。

图1 变频器共模电容及跳线处理

（5）在排查故障源测试过程中，打开透平橇检查启动马达，发现启动马达在透平启动运行正常后未脱开，随机转动，此类故障一般原因为滑套老化，因随动转速不高对机组没有其他次生影响。通过解体检修，启动马达不再随动，但故障现象还是偶有发生，基本排除该项干扰因素。

（6）IGBT模块高温故障排查。查阅变频器故障历史记录存在大量IGBT模块高温报警，而且故障发生时偶尔还能闻到异常气味，初步判断确实有异常高温现象。测量DC母排正负极电压为541V，分别与外壳接地电压实测为258V和278V比较均衡，未见接地异常。

分析变频器内部功能框图（如图2所示），其DC bus 电压为541V，加载到3×3共9个IGBT模块，每个IGBT模块包括上下2只IGBT管承担DC母线电压，由于9个模块都有独立的测温电路，但是共用一个高温报警显示，因此到底为哪个IGBT模块高温报警无法确认。

图2 变频器逆变单元IGBT框图

测量DC母排与输出到电机的端子电压，正极到输出端子电压为490V，负极到输出端子为41V，不平衡，虽然无法判断是否正常，但是根据电压分析，初步判断是IGBT下端的九个其中一个存在软击穿问题，如果上端9个之中任何一个再存在偶发的软击穿(根据曾经产生过过流报警来看，排除了局部一个模块上下2只管子同时故障的可能性，因为如果单独一个模块上下2只IGBT管子失效很可能直接炸管而不会产生过流报警)很可能是电机其中两相存在1个上臂，一个下臂发生软击穿故障的可能；需要采购备件进行替换排查，目前存在问题的变频器为保证应急使用，不使故障恶化造成完全失效，采取临时措施：透平启动变频备用期间采取断电的方式，随用随上电，用后断电的操作模式，直到新变频器到货更换为止。

（7）变频器更换安装调试。新采购变频器进行外观检查、上电空载测试正常后进行安装前准备工作。先协调动力班组退出透平机组运行，隔离电源，拆除旧变频器，安装新变频器。注意信号线、与驱动电机电源线和温度传感器线缆连接质量，做好填料函规范安装，避免信号干扰导致运行部稳定。

上电后，通过透平UCP盘柜PLC通讯协议控制，自动调整参数，确认通讯正常即可。启停透平机组进行空载测试，在线监测正常后，投运运行。

4 结语

通过以上检测排查，结合报警时能感觉到异常气味，证明高温是真实存在的，那么在变频器上电备用期间造成高温，只能是有异常电流通路建立才会产生发热现象，根据框图描述分析，很大可能的一个原因是IGBT模块有软击穿失效的异常现象，部分原因也可能是驱动板元件故障造成的驱动异常产生了电流通路，因没有备件进行替换排查，采购新变频器进行更换安装、调试投运，排除变频器内部软故障给透平机组启停带来的安全隐患。