高壓變頻器運(yùn)行中的故障處理及防范措施分析

曾 捷

（東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司，四川 郫縣 611731）

0 引 言

具備效率高、起制動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速精度高、調(diào)速范圍廣且能實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)的高壓變頻器，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，高壓變頻器的實(shí)際運(yùn)用中難免會(huì)產(chǎn)生一系列故障，影響其應(yīng)用成效，因而有必要對(duì)高壓變頻器運(yùn)行常見故障展開研究。安裝高壓變頻器時(shí)，要求環(huán)境溫度最高40 ℃，最低-5 ℃。結(jié)合相關(guān)研究成果不難發(fā)現(xiàn)，溫度上升后，高壓變頻器故障率會(huì)呈指數(shù)上漲，且使用壽命大幅度下降。此外，環(huán)境清潔度同樣會(huì)影響高壓變頻器運(yùn)行情況。為減少設(shè)備故障發(fā)生率，就必須做好維護(hù)保養(yǎng)工作。

1 高壓變頻器常見故障及處理維修

1.1 功率單元故障及處理維修

1.1.1 故障現(xiàn)象

功率單元故障是高壓變頻器最常見的故障。當(dāng)高壓變頻器高壓電和控制電送電后，高壓變頻器的觸摸屏顯示界面上顯示變頻器無法就緒，此時(shí)高壓變頻器報(bào)警燈和操作柱綠燈皆處于常亮狀態(tài)。開車后紅燈閃爍一下，隨后綠燈常亮，無法正常啟動(dòng)電機(jī)。變頻器故障指示燈常亮，會(huì)出現(xiàn)單元通信和輸入保護(hù)等故障。通過初步判斷，暫時(shí)可確定為單元故障。更換單元后故障消失，可判定為單元失效[1]。

1.1.2 故障處理

技術(shù)人員負(fù)責(zé)直接拆下單元，打開單元蓋板后觀察整流橋母排位置是否有放電痕跡，觀察整流二極管表面是否有放電焦化痕跡，檢查單元熔絲，并觀察單元輸入熔絲是否熔斷。通過運(yùn)用三相自耦調(diào)壓器，實(shí)施充電測(cè)試知，輸入電壓為100 V AC時(shí)，單元直流母排電壓保持為142 V DC。直接將單元裝入變頻器，實(shí)施三相自耦調(diào)壓器升壓試驗(yàn)，隨后在主變壓器二次側(cè)繞組接入三相自耦調(diào)壓器，將相鄰單元直接轉(zhuǎn)移向本單元，并提升電壓至430 V AC，此時(shí)各個(gè)單元控制板電源燈常亮。為進(jìn)一步明確故障狀態(tài)，將高壓電送至變頻器。斷開高壓電后再次觀察本單元有無熔絲熔斷情況，進(jìn)而確定本單元內(nèi)部絕緣是否受損。更換本單元二極管和絕緣紙后裝入變頻器內(nèi)，同時(shí)更換熔斷的熔絲，即可恢復(fù)正常運(yùn)行。

1.2 小型電源老化故障及處理維修

1.2.1 故障現(xiàn)象

小型電源老化會(huì)影響高壓變頻器的正常運(yùn)行，且有可能引發(fā)通信報(bào)告錯(cuò)誤的情況。具體操作期間，現(xiàn)場(chǎng)通信報(bào)告儀器離不開DP總線傳輸信號(hào)，且DP總線負(fù)責(zé)通過PLC控制高壓變頻器。所以，一旦有老化狀況出現(xiàn)在設(shè)備中，通信報(bào)告就會(huì)受到相應(yīng)的影響，且后續(xù)還會(huì)出現(xiàn)DP總線絕緣老化及坍塌等情況，甚至DP銅線會(huì)直接接觸金屬電纜。盡管DP總線此時(shí)依然能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，但會(huì)發(fā)生中斷的情況[2]。通信處于正常狀態(tài)時(shí)，DP總線電壓及電流保持一定。某個(gè)電源線接地時(shí)，兩個(gè)總線間會(huì)出現(xiàn)不同的電壓。數(shù)據(jù)信號(hào)由總線傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)出通信故障報(bào)告，同時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行。

1.2.2 故障處理

首先需打開PROFIBUS總線DP插頭的兩端，同時(shí)關(guān)閉問題的中間部分，另外切忌連接DP插頭的總線順序出現(xiàn)絲毫差錯(cuò)。保障系統(tǒng)總線接地設(shè)備的完整性，同時(shí)總線與任何電源線之間不得出現(xiàn)纏結(jié)情況。維修人員需要詳細(xì)檢查模塊程序，判定故障可能出現(xiàn)的位置，并前往現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各個(gè)站點(diǎn)PROFIBUS接口展開檢查。一旦PROFIBUS總線出現(xiàn)部分老化損壞現(xiàn)象，要求相關(guān)人員盡快開展維護(hù)工作，更換電纜，修復(fù)故障，保證系統(tǒng)能夠盡快恢復(fù)正常。此外，如果高壓逆變器與PLC控制臺(tái)控制電源因高壓逆變器的低壓電源而斷電，此時(shí)工作人員可選擇較大電源替換高壓變頻器中小電源，省去中間不必要環(huán)節(jié)，為電源工作提供安全性保障。

1.3 欠電壓故障及處理維修

1.3.1 故障現(xiàn)象

高壓變頻器功率模塊直流回路電壓與額定值不符合時(shí)，會(huì)造成下述幾方面問題。其一，變頻器過流或過載，影響變頻器的正常運(yùn)行；其二，控制回路本身正常工作受到影響。在控制回路采樣比對(duì)過程中需要選取中間直流母線的電壓，如果出現(xiàn)過低電壓，那么采樣測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大誤差，甚至影響控制回路的正常工作。

1.3.2 故障處理

處理過程中，需遵循下述兩方面要求。一方面，在基建或技改時(shí)需選擇合理的變壓器容量。同一供電母線下的變頻器周邊如果需要頻繁啟動(dòng)大容量用電設(shè)備，那么應(yīng)當(dāng)盡量增大供電變壓器容量，盡量減小電壓跌落幅度應(yīng)盡量減??；啟動(dòng)不頻繁時(shí)，可選擇具備來電自啟動(dòng)功能的變頻器。另一方面，增強(qiáng)欠電壓檢測(cè)電路可靠性[3]。欠電壓檢測(cè)期間，需試驗(yàn)欠電壓檢測(cè)電路在軟件方面的實(shí)際抗干擾性。由于電壓故障不存在較高實(shí)時(shí)性要求，故而因干擾引發(fā)欠電壓故障誤報(bào)的情況基本不會(huì)發(fā)生。

1.4 回路接線故障及處理維修

1.4.1 故障現(xiàn)象

高壓變頻器中，控制系統(tǒng)由主控板、觸摸屏以及信號(hào)板等組成。但凡有部件出現(xiàn)損壞情況，就會(huì)直接影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行期間，風(fēng)機(jī)變頻器外部有故障出現(xiàn)時(shí)，電壓會(huì)在短時(shí)間內(nèi)消失，而恢復(fù)過程中會(huì)有出現(xiàn)電源跳閘的情況，最終表現(xiàn)出失壓重啟跳閘。

1.4.2 故障處理

高壓變頻器及電機(jī)電源正確接線時(shí)，風(fēng)機(jī)變頻柜內(nèi)高壓相線交叉接線如果有錯(cuò)位情況存在，就會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間失壓狀況，重啟后還會(huì)有跳閘現(xiàn)象。部分高壓變壓器使用期間，在短時(shí)間失壓后并不具備重啟功能，也就是說即使出現(xiàn)電源短時(shí)間失壓的狀況，在恢復(fù)電壓也不會(huì)重啟[4]。由此不難發(fā)現(xiàn)，盡管高壓變頻器具備失壓后的重啟功能，但如果存在電路錯(cuò)誤接線的情況，其功能就會(huì)受到影響，難以正常進(jìn)行重啟。該故障出現(xiàn)之后，建議盡快聯(lián)系技術(shù)人員和廠商，由專業(yè)人員負(fù)責(zé)對(duì)內(nèi)部電路實(shí)際接線情況展開全面檢查，如果線路出現(xiàn)錯(cuò)誤需及時(shí)糾正。

1.5 風(fēng)扇故障及處理維修

1.5.1 故障現(xiàn)象

正常運(yùn)行中的高壓變頻器如果出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，且呈現(xiàn)重故障的跳閘報(bào)告，那么可能是內(nèi)部冷卻風(fēng)扇發(fā)生了故障，使得柜內(nèi)環(huán)境溫度升高，阻礙了高壓變頻器的正常運(yùn)行。通過調(diào)查得知，廠家設(shè)計(jì)時(shí)一般擬定了輕和重兩種故障報(bào)告，前者是針對(duì)冷卻風(fēng)扇出現(xiàn)故障且高壓變頻器不會(huì)發(fā)生跳閘現(xiàn)象，后者是針對(duì)高壓變頻器柜和功率單元柜發(fā)生故障，且正常運(yùn)行中的高壓變頻器出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。

1.5.2 故障處理

細(xì)致檢查高壓變頻器后得知，高壓變頻器內(nèi)部冷卻風(fēng)機(jī)中任意一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，短時(shí)間內(nèi)基本不會(huì)改變柜內(nèi)的環(huán)境溫度，且變頻器依舊能保持正常運(yùn)行。此時(shí)更改故障為變頻輕故障，通過及時(shí)維修便能規(guī)避高壓變頻器跳閘現(xiàn)象。當(dāng)功率單元模塊柜內(nèi)冷卻風(fēng)扇中任意一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，功率單元模塊溫度會(huì)短時(shí)間內(nèi)快速增長(zhǎng)，如果依舊以變頻輕故障進(jìn)行判定，那么會(huì)導(dǎo)致維修處理的時(shí)間不充裕，故而應(yīng)以輕故障進(jìn)行判定。具體處理中，首先將冷卻風(fēng)扇故障改為輕故障，減少發(fā)生跳閘故障的次數(shù)；其次定期清洗濾網(wǎng)；最后加強(qiáng)檢查維護(hù)力度。

1.6 環(huán)境引發(fā)的故障及處理維修

1.6.1 故障現(xiàn)象

高壓變頻器內(nèi)部元件有著嚴(yán)格的環(huán)境及溫度要求。運(yùn)行中出現(xiàn)較高溫度會(huì)引發(fā)輕故障（功率模塊切旁路運(yùn)行），導(dǎo)致變頻器的運(yùn)行無法長(zhǎng)期維持滿額狀態(tài)，所以有必要合理控制溫濕度。當(dāng)高壓變頻器運(yùn)行中出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出重故障跳閘的故障報(bào)告。通過檢查能夠得知，高壓變頻器的運(yùn)行之所以會(huì)停止，多是由于內(nèi)部空調(diào)產(chǎn)生了故障。內(nèi)部電路發(fā)生問題，導(dǎo)致高壓變頻器室內(nèi)溫濕度上升，相應(yīng)的元件受損，最終影響其運(yùn)行。

1.6.2 故障處理

結(jié)合上述分析可以得出以下處理方法。將相應(yīng)的空水冷卻裝置安裝在變頻器室內(nèi)，在水氣交換得以實(shí)現(xiàn)的前提下，合理控制高壓變頻器室內(nèi)溫度。為了保障操作的安全性，需將溫濕度控制在合理范圍內(nèi)。同時(shí)，通過安裝排風(fēng)通風(fēng)管道，使室內(nèi)能夠維持干燥。

2 高壓變頻器日常預(yù)防要點(diǎn)

2.1 加強(qiáng)定期維護(hù)

高壓變頻器日常維護(hù)工作主要包括清掃與緊固。在開展高壓變頻器清掃工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)逐一清潔功率單元柜、過濾網(wǎng)、控制柜以及變壓柜等部件。需及時(shí)清理和更換過期的過濾網(wǎng)，并使其保持干燥狀態(tài)，以免柜內(nèi)侵入潮氣，進(jìn)而損壞高壓變頻器或引發(fā)安全事故[5]。在開展緊固工作時(shí)，必須保證進(jìn)出電纜和功率單元間電纜連接的牢固性和可靠性。此外，還需要注重防靜電和防高壓危險(xiǎn)，切忌用手直接接觸變頻器內(nèi)部線路，以免線路板因靜電而受損。

2.2 重視日常巡視工作

日常巡視工作也是維護(hù)保養(yǎng)高壓變頻器的關(guān)鍵舉措。通過對(duì)嚴(yán)格控制室內(nèi)溫度，將其控制在25 ℃左右，避免出現(xiàn)超出40 ℃或低于5 ℃的情況，保證足夠的通風(fēng)。安裝環(huán)境需清潔，保證室內(nèi)干燥，查驗(yàn)高壓變頻器有無異常聲響和異味以及柜體有無發(fā)熱狀況，排風(fēng)口異味檢查也包含在內(nèi)[6]。高壓變頻器和功率柜的進(jìn)風(fēng)口部位，利用A4紙檢查風(fēng)量，正常無故障情況下，濾網(wǎng)會(huì)將A4紙牢牢吸住。要求檢查人員及時(shí)對(duì)可能發(fā)生故障的部位展開排查，定期檢查過濾網(wǎng)及風(fēng)扇并清洗和更換。此外，要重視進(jìn)出電纜及功率單元間電纜的連接檢查。需檢查投入使用不到1個(gè)月的高壓變頻器是否出現(xiàn)松動(dòng)情況，同時(shí)將松動(dòng)部位緊固。后續(xù)每隔6個(gè)月檢查一次，并做好清潔工作，且清潔過程中切忌與內(nèi)部光纖接觸。最后，相關(guān)人員需要實(shí)時(shí)記錄高壓變頻器運(yùn)行情況，主要記錄內(nèi)容包含運(yùn)行模式、電流以及功率等。一旦出現(xiàn)跳閘或其他故障時(shí)，需詳細(xì)記錄故障情況，盡快找出原因并解決[7]。

3 結(jié) 論

綜上所述，本文探討了高壓變頻器運(yùn)行故障及處理措施，能幫助相關(guān)企業(yè)及人員進(jìn)一步了解故障發(fā)生后應(yīng)該如何處理和維修。但是相關(guān)人員在具體實(shí)踐期間，依舊需要以系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況為根據(jù)加以判斷，并采取針對(duì)性的措施，保障精準(zhǔn)性，以便提高高壓變頻器運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。