浅析高压变频器故障情况分析

【摘要】变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。应用的领域和范围也越来越为大，这使得高效、合理地利用能源（尤其是电能）成为了可能。电机是国民经济中主要的耗电大户，高压大功率的更为突出，而这些设备大部分都有节能的潜力。大力发展高压大功率变频调速技术，将是时代赋予我们的一项神圣使命，而这一使命也将具有深远的意义。本文就对某集团公司下属企业高压变频器在使用中出现的故障情况分析了原因并对运行维护进行了探讨。

【关键词】变频器；故障；运行维护

某集团公司变频器现状

目前某集团公司下属企业高压变频器主要运用在凝结水泵、一次风机、引/送风机和增压风机等变频调速系统中，个别企业还在循环水泵、灰渣泵上使用了变频调速系统。目前变频装置均采用的是电压源型功率单元串联多电平型高压变频器，一般均具有工频手动或自动旁路结构。实践证明通过应用变频调速系统，厂用系统可以在机组负荷变化情况下，优化调节各风机和水泵的出力，节能效果非常显著，给各个发电厂带来可观的经济效益。

1、变频器故障情况调查

2013年3月，某集团公司对14家分子公司68家火电企业高压变频器故障情况进行了汇总分析。统计期内共计发生故障544次，其中功率单元引发故障246次，主板（含工控机）引发故障187次，参数设置不合适引发故障26次，环境影响引发故障21次，冷却风机损坏引发故障18次，自带UPS损坏引发故障16次，传感器（互感器）损坏引发故障10次。

1.1变频设备厂家总体情况

某集团公司所属企业选配的变频器厂家比较广泛，统计范围内共计有20家企业。国内品牌以北京利德华福、广东明阳、北京合康亿盛居多，国外（含合资）品牌主要为东方日立、罗宾康、东方凯奇和东芝三菱为主。较早投运的变频设备为2001年，品牌主要为美国罗宾康和北京利德华福两家企业。

1.2故障原因简单分析

从各厂故障统计情况来看，高压变频器故障类型主要包括：功率单元损坏、主板（工控机）故障、UPS电源故障、霍尔传感器故障、软件参数设置与实际不符故障等。从统计的故障原因分类的统计结果看，最主要的问题是功率单元损坏，占47%。造成这一故障的主要原因为：一个方面是元件的质量问题，同时由于设备长期在高温高负荷下运行，其电子元器件老化速度。

其次的一些问题主要有控制板的故障，基本上也可以归结到产品的质量问题。主观因素上，系统参数的设置问题也有出现，这类问题主要是软件参数的设置值跟实际情况不符，导致启动或运行中出现障碍或者软件本身固有缺陷在运行中暴露出来导致故障。

因环境影响导致变频器跳闸的事件有21次，主要为变频器室制冷装置故障没有及时发现或变频器室污染严重等原因，导致变频器重故障跳闸。

2、变频器运维管理存在的问题

2.1调速系统结构优化问题

为确保机组安全运行，辅机变频器带交流旁路结构是必备条件，尤其是机组重要辅助系统，如风机、电泵等，更应该具备交流旁路自动切换功能。目前部分电厂仍有一些重要变频系统不具备这样的功能，导致因变频器故障造成机组多次非计划停机。同时，当系统在变频与工频之间相互切换后其主阀门（挡板）开度应根据当时机组负荷量进行调节。调速系统的结构优化应该在系统设计阶段就要充分考虑，在系统安装调试阶段应该进行相应功能的试验与考核。

2.2变频系统的交接预防性试验问题

各电厂高压电机变频装置安装时，国家或电力部相关标准和规程尚未制定。变频器本身的特殊性以及复杂性，相关规程以及培训目前又不够完善，因此各电厂对于高压变频器的试验工作基本处于空白状态。

变频装置在交接时，大部分电厂对移相变压器、电缆等一次设备进行了绝缘检查，按照规程要求完成了变压器绝缘电阻测量、直阻测量、电缆绝缘电阻测量、耐压等试验。部分电厂要求厂家在现场对高压变频装置进行了少部分的试验，如控制回路双电源切换试验、连续运行试验（72h试运），其余一些重要试验如温升试验、频率分辨率试验、效率试验、谐波测量、系统调试优化等均未进行。

在检修阶段，对变频器柜内的功率单元板块以及整流系统的检修和预试工作目前各电厂均较少介入，变频器厂家也未对产品进行持续的跟踪与维护。变频器过了质保期后厂家的维护是有偿方式，而各电厂却在年度计划当中忽略了该项目。这是一个很值得提醒的重要问题。

3、对变频器运维的建议

3.1各电厂应加强对变频设备运行环境的关注。由于发电厂现场环境本身非常恶劣，高温、高湿度、灰尘大是造成设备电子元件老化的罪魁祸首。可以考虑将变频器单元密闭循环冷却，增加除湿设备，将精密控制模块和整流单元与移相变压器、开关等一次设备分离布置，改善变频系统运行环境。

3.2对于新投产变频系统应加强设备性能检测，如温升考核、效率、谐波测量、启动试运行调试等。变频系统应针对不同的对象进行现场联合调试，在移交运行前应达到其最优参数运行状态。

3.3对于电厂关键设备，如风机，电泵等如采用变频系统应设计交流自动切换旁路开关并定期进行切换试验操作，确保变频系统故障时可以迅速切换至交流供电状态，保证机组安全运行。

3.4加强变频器的定期维护与测试工作。加强变频器维护人员的培训力度，做好变频器安装调试的全过程跟踪故障，保证变频器维护人员能够全面掌握变频器的维护常识，必要时组织到厂家进行业务培训。

3.5高度关注变频器元件老化造成的故障频发问题。变频器中的控制单元中的电子元件寿命基本在10年左右，超期后将造成变频器的故障发生率大幅升高。要做好变频器的寿命评估，对于因元件老化导致故障频发的变频设备，应考虑升级改造，可以将移相变压器、旁路单元等保留，节省资金。

3.6同一电厂尽量选择同一品牌产品。在变频器品牌确定时，尽量选择同一品牌设备，便于备件储备和维护质量的提高。

参考文献

[1]仲明振，赵相宾.高压变频器应用手册.机械工业出版社.2009.9.1版第254-325.

[2]徐海，施利春.编变频器原理及应用.北京：清华大学出版社，2010.9.1

[3]倚鹏.高压大功率变频器技术原理与应用.北京：人民邮电出版社，2008.2.1

[4]国家能源局.（DL/T1195-2012）火电厂高压变频器运行与维护规范 中国电力出版社，2012.12.1