6kV高压变频器典型故障分析及可靠性评价

6kV高压变频器典型故障分析及可靠性评价

张西悦

华能国际电力股份有限公司南通电厂 江苏南通 226000

【摘要】一般情况下变频器在正常使用七八年后，就进入故障的高发期，经常会出现元器件烧坏、失效、保护功能频繁动作等故障现象，严重影响其正常运行。在实际设备维修中，变频器在运行中发生故障，有属于硬件方面的问题，也有使用维护不当方面的问题。对于前者，要通过检测找到故障硬件进行修复或更换。对于使用维护方面的问题，应以变频器自诊断及保护功能动作时显示的信息为线索进行分析，同时采用适当的检测手段找到故障点并修复。

1.变频器常见故障分析

1.1 驱动故障

“驱动故障”的含义是指IGBT在出现故障时，电路上的电流增大（达到6~7倍以上）、引起的管压降的增加（10~15V），而报出的故障。当出现“驱动故障”时，应进行如下工作：

（1）检查内部是否有短路放电痕迹；

（2）IGBT是否正常——测量续流二极管；

（3）电机是否有问题；

（4）输出电缆是否有破损；

（5）输出螺栓是否过热，虚接打火；

（6）更换驱动板、单元控制板；

（7）把输出铜排拆除，用万用表测量输出电压幅值。

1.2单元缺相

“单元缺相”故障的含义是指某一功率模块的输入侧缺相。当发生“单元缺相”故障时，应进行如下工作：

（1）检查输入的高压开关是否掉闸；

（2）检查整流变压器副边是否短路；

（3）检查接线螺栓是否紧固或断裂；

（4）检查功率模块三相进线是否松动；

（5）检查功率模块三相进线熔断器是否完好；

（6）单元控制板损坏；

1.3 光纤故障

“光纤故障”是指单元控制板与主控板之间的通讯中断。当出现“光纤故障”时，应进行如下工作：

（1）检查功率模块控制电源是否正常（正常时，L1绿色指示灯发光）；

（2）检查功率模块以及控制器的光纤连接头是否脱落；

（3）光纤是否折断、漏光；

（4）光纤是否被灰尘蒙蔽；

（5）有时变频器在断电时会报出单元光纤通讯故障，属正常现象，直接复位即可。

1.4 单元过热

当出现“单元过热”这一故障时，可进行如下工作：

（1）请检查环境温度是否超过允许值；

（2）单元柜风机是否正常工作；

（3）进风口和出风口是否畅通，即滤网是否干净；

（4）装置是否长时间过载运行；

（5）最后检查功率模块控制板和温度继电器是否正常。

2.变频器典型故障案例分析

2019年5月8日，某电厂#4炉6kV引风机B变频器运行中跳闸，#4机组RB动作。

5月8日，凌晨1:28左右，某电厂#4炉6kV引风机B变频器运行中跳闸，触发#4机组RB动作，机组减负荷。查为数字卡箱内的SIOB板（系统I/O板）故障，更换该电路板后，重新启动引风机B变频器正常，设备运行至今正常。

原因分析：经现场检查，变频器跳闸后，控制面板上无任何重故障跳闸报警或事件记录。查DCS上事件记录，发现变频器跳闸前，送至DCS的开关量及模拟量输出信号全部丢失（开关量全变为0，模拟量坏质量），包括两路“变频器运行”、“远程控制”状态反馈信号以及“电机电流”和“电机转速”反馈信号。根据DCS逻辑，若两路“变频器运行”反馈信号全部为0，DCS将跳闸变频器6kV电源开关，并触发机组RB。因此，变频器运行中两路“变频器运行”反馈信号均出现异常是导致此次设备跳闸的直接原因。

变频器跳闸后，测量变频器“电机电流”和“电机转速”反馈信号两端电压，发现电压为0，测量输出电阻约为134Ω，正常输出4mA时测量电压应为0.54V左右,而此时4mA信号为0V，明显不正常。短接远方给定频率信号时人机界面显示模拟信号断线，说明主控板工作正常，初步判断故障点可能在数字卡箱内的SIOB板（系统I/O板）上。更换SIOB板并重新上电后，测量模拟量反馈信号两端电压为0.5V，正常。将换下的SIOB板安装到我厂#3炉引风机B变频器上，上电后测量模拟量反馈信号也正常（0.5V），因此怀疑故障原因可能是SIOB板或SBC板上硬件或软件存在缺陷，导致开出量故障，断电重启后又恢复正常。

事后与变频器生产厂家进行沟通，厂家提供了一块新的SIOB板，并根据我厂对故障的描述，给出初步分析结论：故障产生于SIOB板板，此电路板我方已经更换，所以对变频器本体来说已经排除了故障隐患点。通过查阅维修数据库，此故障的发生概率极低，可以说明为个体差异导致。为防止由于屏蔽接地电流对变频器控制系统产生干扰，将#4炉引风机变频器动力电缆屏蔽接地与控制系统接地分开，动力电缆屏蔽接地采用一根新增的接地桩，控制系统接地端接在主接地网上。

3.变频器可靠性评价

近几年来，我厂通过对6KV辅机进行变频升级改造，取得了降低厂用电率和煤耗的良好效果，但由于增加了高压变频设备，一定程度上不可避免地提高了机组的安全风险。若变频设备故障将导致重要辅机停运，造成机组减负荷甚至非停。从我厂以及整个集团公司近年来高压变频器的运行情况来看，大规模使用变频器确实暴露出对机组安全生产的不利影响，主要集中如下几个方面。

3.1设备生产工艺差导致的故障

由于变频器是高压电力电子设备，设备属于非标准工业产品，主要依靠人工组装，生产工艺和质量控制水平不高，导致不同批次产品质量相差大、变频器设备投运初期故障率较高、经常出现由于电路板虚焊或堆焊过多引起的故障以及硬件或软件选型错误导致的故障等。

3.2功率单元经常出现故障

高压变频器功率单元采用大功率半导体器件，且电压等级较高，由于设计上的缺陷和大功率半导体器件本身的质量问题，经常会出现大功率元件以及控制板件故障导致的功率单元重故障。各厂家的功率模块虽然在设计上都有切旁路功能，个别功率单元故障能够降负荷继续运行，但实用效果甚微，功率模块重故障一般都会导致变频器重故障跳闸。

3.3变频器因现场运行环境差而发生故障

变频器采用微机控制，功率模块采用大功率半导体器件，微机控制器和功率元器件对运行环境要求较高。在电厂生产现场很难完全保证变频器运行，每年公司内都有变频器因环境不良导致故障，在夏季高温期间，此问题尤为突出。

3.4设备软件程序以及参数设置不合理导致的故障

由于变频器的软件程序大多是批量化设计，再由厂家安装调试人员现场根据用户需求进行修改的，这样程序可能会多次由不同的人进行修改软件程序可能存在缺陷。装置参数一般由生产厂家和电厂技术人员共同设定，而且投运前要经过一些空载或带电机试验的检验，但往往由于试验的局限性，或机组大、小修以后辅机运行工况变化，而没有及时对变频器参数进行修改，导致参数设置不合理，都会埋下安全隐患。

提高高压变频器运行可靠性具有重要的意义，通过控制参数的合理性，改进运行环境等措施，可以确保高压变频器运行质量，保证运行的安全性与可靠性，解决高压变频器出现的故障，达到理想的高压变频器运行效果，提高企业的经济效益与安全指标。

4．总结

变频改造的实践证明，变频改造后不仅大幅减小了一次风机电流，降低了厂用电和厂用电率，取得了巨大的经济效益，而且还实现了节能减排、绿色环保的社会效益，同时在改善机组负荷调节性能，消除电动机工频启动时启动电流对厂用电和电机产生的冲击等方面也起到了良好的效果，延长使用寿命。

同时，我们也清醒地意识到，大量使用高压变频设备取得降低厂用电率和煤耗的良好效果的同时，也不可避免地增加了机组的安全风险。我们今后要从运行和维护中着手努力，力求在发挥变频器节能优势的同时，最大限度地保证变频设备和机组的安全稳定运行。