浅谈河北省南水北调配套工程变频柜的维护

□杨鑫淼

河北省南水北调配套工程泵站的变频柜是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变为另一频率的电能控制装置，功用是将频率固定不变的交流电变换为频率连续可调的三相交流电。其中高压变频柜采用直接高压输入，直接高压输出（高-高）的方式，低压变频柜是利用电力半导体器件的通断把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可变的交流电。高压变频柜的基本组成包括功率柜和变压器柜两部分，低压变频柜主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。

1.变频柜维修养护的意义

河北省南水北调配套工程变频柜主要为2014 年或2015 年生产，已达到厂家规定的传动配件常态维护周期，部分老化的元器件也需要更换。若变频柜出现故障，将不能控制电机转速、水泵压力和供水量，轻则浪费电能，重则对水泵造成冲击，影响水泵使用寿命，进而影响供水连续性和稳定性。通过对变频柜进行预防性维护，可提高设备可靠性、消除设备隐患、保证长期运行、降低维护成本和维修费用、减少意外停机。

2.变频柜维护基本工作内容

河北省南水北调配套工程变频柜维护包括系统的日常检查及巡视、定期维护、定期保养、功率单元的更换、预防性检测、老化元器件的更换、故障抢修、应急保障等工作，通过对变频柜的维护和试验等，可以改善变频柜的运行环境，消除设备设施本身的缺陷和运行中发生的故障和隐患，大大降低变频柜的故障率和事故率，提升变频柜的寿命，保障了河北省南水北调配套工程的工程安全和供水安全。

2.1 日常检查巡视

首先，检查变频柜运行环境，确认现场环境温湿度，检查柜体滤网是否需要更换，柜顶出风口过滤铜网是否良好，检查传动柜体的接地，确认柜内直流熔断器是否正常，传动的整流变上是否挂载其他的功率因数补偿装置和消谐装置，测量直流回路有无短路和直流电压值，检查传动风机运转方向；其次，检查变频柜接线情况，检查进线出线表面是否有过热老化的现象，检查柜内接线，尤其是控制线接线的牢固性，检查铜排、电路板等是否有腐蚀现象，检查光纤接头是否洁净，光纤表皮是否有割痕或挤压的痕迹，用光纤检测仪测量每个传动点的光纤通光率，测量电机的对地绝缘值，检查急停及防误起装置的接线是否都完好；再次，对变频柜内部元件进行解体清洁检查，拆出电容器组对电容进行检查及清洁，拆出整流桥和IGBT，对散热器进行清洁，将电路板逐一拆下，用防静电刷进行清洁，对电抗器进行清洁，检查直流电容+/-母排间的绝缘片是否完好，检查各电路板之间插接头是否有腐蚀现象或是松动，检查IGBT 散热箱积灰是否严重，检测AGDR/IGBT 性能，检查模块内部框架的清洁积灰是否严重，清洁干净；最后，填好维护信息，保存维修记录（维修的模块的型号、序列号），记录更换备件信息（备件的型号、序列号）。

2.2 定期维护

为了使变频柜长期稳定地正常工作，必须针对变频柜内部元器件的使用寿命，定期进行保养和维护，元器件的寿命与使用环境及保养状况密切相关。一是变频柜每运行一个月，应对滤尘网进行一次除尘操作，如灰尘较多，除尘周期可缩短为半个月；二是变频柜每运行半年，应对电路板，风道上的粉尘进行一次全面的清扫，最好用吸尘器；三是变频柜每运行半年，应对变压器所有进出线电缆、功率单元进出线电缆、制动电阻柜进出线电缆以及控制电缆紧固一遍；四是长期存放的变频柜须在2年内作一次通电试验，通电前须作耐压试验；五是参考风扇和电容的使用寿命进行定期更换，在通常情况下，冷却风扇的使用寿命为3 万～4 万小时，电解电容的寿命为4 万～5 万小时。

2.3 预防性监测

一是接地电阻测量，主要检查变频柜柜体与系统地网是否接触可靠，测量各柜门接地桩与系统的阻值是否正常，检查PE、信号地、电缆屏蔽层是否可靠接地；二是绝缘电阻测量，对高压输入电缆、进线电缆、输出电缆、馈出电缆绝缘测试，使用2500V 兆欧表，分别测相对地和相间绝缘电阻，测试变频器二次线圈对地、功率单元外壳与导轨、避雷器对地、切换柜隔离刀闸触点对地之间绝缘电阻；三是低压上电测试，测量控制柜内各电源是否正常，利用系统测试功能对各控制部分进行测试。测试控制逻辑是否正确；四是通风散热系统测试，检测变频柜室通风散热是否正常，通过风速仪对变压器柜、功率柜测试通风量，判定结果是否正常。

2.4 特殊巡视

电力电子设备对环境的温度有着较高的要求，变频器的可靠性在很大程度上取决于温度。现场温度偏高，易使机器散热不畅，使元器件的工作参数产生漂移，影响电路的稳定性和可靠性，严重时还可能造成元器件的击穿损坏；温度过低，将造成控制器、人机界面等部件不能够启动，影响设备的正常运行。湿度对高压变频器的影响很大。空气潮湿，易引起设备的金属部件和插接件管部件产生锈蚀，导致电路板、插接件和布线的绝缘降低，严重时还可造成电路短路。变频器环境湿度要求小于95%（20℃），相对湿度的变化率每小时不超过5%；同时避免结露，相对湿度保持在40%～60% 范围内较为适宜。在每年的夏季及冬季时应加强对变频器所处环境的温度及湿度测量，因此，要求在两季中每月加强对变频器巡视。

3.变频柜故障处理

变频调速装置有完善的保护功能，以保护设备在异常情况下不被损坏。变频调速装置的故障信息分别在功率单元、功率柜控制机和显示屏上显示可能出现的故障。

3.1 变频柜无法工作

检查旁路柜中高压隔离开关是否闭合，充电接触器是否吸合，控制柜电源是否正常，连接电缆及螺钉是否松动。

3.2 变频柜运行中停机

检查是否停电，控制柜中电源是否正常，变压器是否正常，负载电机是否正常，控制柜中各电路板输出信号是否正常。

3.3 功率单元无法工作

检查功率单元快速熔断器是否熔断，控制电源是否正常，控制柜中发出的驱动信号是否正常。

3.4 功率单元板上的指示灯全熄灭

检查功率单元快速熔断器是否熔断，控制电源是否正常，功率单元板是否正常。

3.5 控制机中的显示器不显示或显示异常

检查控制机中电源是否正常，显示器驱动板是否正常。

3.6 单元光纤通讯故障

检查功率单元控制电源是否正常，功率单元以及控制柜的光纤连接头是否脱落，光纤是否折断。

3.7 冷却风扇故障

轴承磨损，叶片老化，达到使用寿命。可以从停机时风扇叶片等是否有裂缝、开机时声音是否有异常振动等现象进行判断。

4.结语

变频系统是一个复杂的系统，通过利用检测仪器对设备进行系统性检查、测试，提供数据检测及分析报告，提出维护维修方案，同时对操作人员进行培训，可以提高设备使用管理水平，降低设备运行风险。变频柜通过可变的电压或频率调节电机的转速，决定着水泵无级调速，因此了解变频柜的维护项目，熟悉变频柜的常见故障，加强对变频柜的维护，能进一步优化控制水泵的压力及流量，减少用电消耗，保障水泵的运行安全和供水安全。