變頻器應用中的故障分析及處理措施

張雷

(萊鋼能源動力廠，山東 萊蕪 271104)

摘要：對變頻器跳閘的各類故障原因進行分析并提出解決辦法，以期實現(xiàn)變頻器的穩(wěn)定運行。

關鍵詞：變頻器；故障；維護

收稿日期:2015-04-27

作者簡介：張雷(1983—)，男，山東萊蕪人，電氣工程師，從事電氣技術工作。

0引言

由于變頻器節(jié)電效果明顯，并且還可消除大電機啟動時對電網(wǎng)的影響，因此其應用越來越廣泛。萊鋼能源動力廠在各高、低壓電機上也廣泛使用，為企業(yè)帶來了巨大經(jīng)濟效益。但在使用過程中也出現(xiàn)了許多故障，影響了設備的穩(wěn)定運行，有的還對生產(chǎn)造成了很大影響，需要對出現(xiàn)的各類故障進行總結(jié)、處理，以保障變頻器的穩(wěn)定運行。

1接地短路故障

某除鹽泵變頻器在運行過程中故障跳車，經(jīng)檢查故障代碼為“5CF3”，變頻器接地短路跳閘。

引起變頻器接地短路跳閘的原因主要有：(1) 電機絕緣受損；(2) 電纜絕緣受損；(3) 變頻器內(nèi)部短路；(4) 幾個電機并聯(lián)，變頻器輸出有較大的接地泄漏電流。

故障發(fā)生后，我們先對電纜和電機的絕緣情況進行了測試，電纜三相對地、相對相之間絕緣都在500 MΩ以上，電機對地絕緣在200 MΩ，都符合規(guī)程要求，說明電纜和電機都沒有問題。為檢查變頻器內(nèi)部是否有故障，我們將變頻器輸出側(cè)三相電纜拆除，對變頻器上電運行，運行一段時間正常，沒有出現(xiàn)跳閘，說明變頻器內(nèi)部無故障。排除以上幾個可能原因后，我們認為可能是電纜長度過長(超過300 m)，對地電容電流較大，造成變頻器接地短路跳閘。

電纜對地有一定的分布電容，電容電流的大小與電纜的長度、絕緣材料等因素有關，電纜長度越長，電容電流越大。電纜長度較短時，影響可以忽略不計，但如果電纜長度過長，較大的電容電流就有可能使變頻器在運行中發(fā)生接地短路跳閘。

為解決此問題，就必須對電容電流進行補償，我們采取在變頻器輸出側(cè)與電機之間串聯(lián)電抗器的方法，電抗器的選型與變頻器容量有關，通過查找手冊，選擇VW3 A5103型電抗器。

通過在變頻器輸出側(cè)串聯(lián)電抗器有效補償了電容電流，變頻器重新上電后運行正常。

2單元驅(qū)動故障

引風機高壓變頻器在運行中曾出現(xiàn)過單元驅(qū)動故障，導致引風機停運，給鍋爐的運行造成了較大影響。

引起變頻器單元驅(qū)動故障的原因主要有：(1) 單元檢測板短路；(2) 功率單元輸出端子短路；(3) 電機絕緣受損；(4) 負載存在故障。

故障發(fā)生后，我們立即對變頻器輸出電纜進行了拆除，對電纜和電機絕緣進行了測試，結(jié)果都在2 500 MΩ以上，又對變頻器進行了空載試運，運行一段時間后變頻器單元驅(qū)動故障跳閘，因此我們判斷變頻器內(nèi)部單元有故障，經(jīng)對變頻器的功率單元進行詳細檢查，發(fā)現(xiàn)有一單元輸出L1、L2端子短路，需要對功率單元進行更換。

更換方法：(1) 停機，使變頻器退出運行狀態(tài)；(2) 切斷高壓電源，搖出高壓開關小車，將高壓柜接地倒閘接地；(3) 打開單元柜柜門，等待所有單元的指示燈熄滅；(4) 拔掉故障單元的TX、RX兩根光纖頭；(5) 拆下故障單元的R、S、T輸入電源接線和L1、L2輸出連接銅排；(6) 拆下故障單元與軌道的固定螺絲；(7) 將故障單元與軌道拔出，注意輕拿輕放；(8) 將新單元上的光纖座塞子安放到更換下來的單元上；(9) 按與上述拆卸相反的順序?qū)溆脝卧b上并接線。

備用單元安裝完成后，我們對變頻器進行了上電試運，運行正常。隨后又進行了帶負荷試運，運行狀況良好。

更換過程中的注意事項：變頻器停電后單元內(nèi)仍可能存在危險電壓，因此一定要等待LED熄滅5 min后方能拆下光纖插頭，分離單元；如果要對單元內(nèi)部進行操作，則必須等電容完全放電后才可以。

3過壓故障

某循環(huán)泵高壓變頻器在啟動或運行過程中曾出現(xiàn)過過壓故障，導致循環(huán)泵停運。

變頻器過壓故障是指單元直流母線電壓超過1 150 V時變頻器過壓跳閘。引起單元過壓故障的原因主要有：(1) 輸入側(cè)高壓電源超過允許最大值；(2) 在減速過程中造成變頻器過壓跳閘。

故障發(fā)生后，我們先對變頻器的輸入電壓進行了檢測，當時變頻器輸入側(cè)電壓在10 kV，完全符合規(guī)定。又查看了鍋爐DCS系統(tǒng)趨勢，發(fā)現(xiàn)變頻器是在減速過程中跳閘的。變頻器的減速時間序圖如圖1所示。

圖1　變頻器減速時間序圖

由于在減速過程中變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負載拖動電機的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出頻率所對應的轉(zhuǎn)速還要高，電機處于發(fā)電狀態(tài)，從負載側(cè)向變頻器中間直流回路回饋能量，短時間內(nèi)能量的集中回饋，可能會超出中間直流回路及其能量處理單元的承受能力，從而引發(fā)過電壓故障。若變頻器沒有能量處理單元或其作用有限，因而導致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護值，就會出現(xiàn)過電壓跳閘故障。

針對這一情況，我們經(jīng)過幾次實踐，適當延長了變頻器減速時間，消除了故障。

4過流跳閘

引風機高壓變頻器在啟動過程中多次發(fā)生過流跳閘，造成引風機無法啟動。

造成變頻器過流的原因主要有：(1) 啟動頻率過高；(2) 電機堵轉(zhuǎn)；(3) 光纖未插緊；(4) 加速時間太短；(5) 霍爾元件工作不正常。

故障發(fā)生后，我們協(xié)同廠家人員對故障原因進行排查，由于故障都是發(fā)生在啟動加速過程中，所以我們懷疑有可能是設置加速時間太小所致。變頻器加速時間序圖如圖2所示。

圖2　變頻器加速時間序圖

變頻器啟動加速時間設定太短，變頻器輸出頻率的變化遠遠超過電機轉(zhuǎn)速的變化(失速)；V/F電壓提升太大，變頻器輸出頻率已經(jīng)比較高了，而電機轉(zhuǎn)速還比較低(即電機轉(zhuǎn)速的變化滯后于變頻器頻率的變化)，也會造成失速故障。這種“失速”就會導致變頻器過流故障。

我們在檢查電機及引風機沒有問題后，適當延長了變頻器啟動加速時間，消除了故障。

5變頻器的維護

(1) 經(jīng)常檢查室內(nèi)溫度、通風情況，室內(nèi)溫度不要超過45 ℃；

(2) 保持室內(nèi)清潔衛(wèi)生；

(3) 經(jīng)常檢查變頻器是否有異常聲響、異味，柜體是否發(fā)熱，排風口是否有異味；

(4) 經(jīng)常檢查冷卻風機是否運轉(zhuǎn)正常，更換或清洗過濾網(wǎng)；

(5) 定期記錄變頻器運行情況，發(fā)生故障跳閘時，要記錄故障情況，查明原因并排除后方可再次上電。

6結(jié)語

變頻器的故障類型多種多樣，有因為參數(shù)設置不合理而導致的軟故障，也有關鍵部位損壞造成的硬故障，無論哪種類型的故障，作為工程技術人員都要認真進行總結(jié)，舉一反三，同時，要重視高壓變頻器的運行環(huán)境，嚴格執(zhí)行變頻器的運行維護規(guī)定，只有這樣才能保證變頻器的穩(wěn)定運行，發(fā)揮好它的節(jié)電效果，為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。

[參考文獻]

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