分析變頻電機的常見故障及對策

王卓 楊曄 馮莉

摘 要：變頻電機在各大熱電火電廠中頻繁使用，在使用過程中故障的出現也是無法避免的。通過對內蒙古巴彥淖爾市臨河熱電廠的機組運營情況的統計，簡要總結出變頻電機在火力發電廠應用中常見的幾類故障以及相應故障的解決對策，以便為其他火力發電廠提供一些參考。

關鍵詞：變頻電機 常見故障 火電廠應用 解決對策

中圖分類號：TG519 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0154-01

1 工作背景

變頻電機作為一種電能控制裝置可以使工頻電源變換頻率，與普通電機相比較，變頻電機表現出了突出的節能優勢以及調速優勢，因而得到了極為廣泛與普遍的使用。以臨河熱電廠為例，臨河熱電廠位于內蒙古巴彥淖爾市臨河區，是華能集團下屬北方聯合電力有限責任公司內部的一家火力發電廠，2006年建成投產，共有2臺300 MW汽輪發電機組，總裝容量600 MW。

2 常見故障來源分析

根據臨河熱電廠日常電機使用狀況，變頻電機超過半數故障源于機械原因，如振動不平衡、軸承故障、零件松動等；其余則多半來自于電氣原因。機械方面引起振動的原因主要有斷葉片、動靜部件摩擦、汽流激振、轉子突然受到外界大的擾動沖擊、油膜振蕩等；電氣方面引起振動的原因通常是轉子在制造、運行過程中發生了匝間短路故障。

2.1 振動過大引起的故障

通過對實踐性經驗的分析，不難發現：變頻電機的軸承損傷往往引起電機振動變大。在電廠實際使用中遇到的因振動壞掉的變頻電機，將其解體可發現軸承表面有明顯灼點。特別是在PWM變頻器驅動系統作用之下，變頻電機軸承損壞問題還可能有所加重，進而對變頻電機軸承部件的運行產生不良影響，加重振動。受到廠房環境及安裝技術等相關因素的限制影響，在臨河熱電廠變頻電機的運行過程當中，軸承振動問題表現異常突出。不但對整個變頻電機機組的運行產生了不良影響，同時也導致變頻電機的有效使用壽命有所降低，需要引起特別重視。

2.2 絕緣類故障

局放與匝間短路是變頻電機絕緣類故障中最常見的兩種形式。局放故障出現時電機線圈外觀完好，但絕緣電阻已為零。匝間短路時可觀察到電機內繞阻圈某線圈出現發黑碳化或者物理損壞，當變頻電機內部絕緣系統遭到破壞多半伴隨著多種原因，比如局放、介質發熱等多個因素共同影響的。

變頻電機中的場強超過絕緣臨界值時，其介質損耗迅速增加。局放量隨頻率上升而增大并產生巨大熱量。陡增的熱量導致設備內產生漏電電流，從而變頻電機溫度急劇上升，加速老化且絕緣性能驟減。

變頻電機利用變頻器進行頻繁快速的起、制動，加之機械與電氣整體性設計稍有不足，變頻電機也會在處于循環交變應力環境中更快老化。

2.3 電流震蕩類故障

對于采用V/F控制的電壓型逆變器驅動異步電動機，往往在空載時出現不穩定現象。在工頻附近，電機狀態一般較為穩定，但當頻率在40 Hz以下，特別是在20～30 Hz之間，電機電流以10～20 Hz左右的周期振蕩，且幅值較高，嚴重時甚至影響繼續運行。對于導致這種情況的原因可做如下解釋：對異步電動機來說，在轉差率為零的附近，存在暫態轉矩正負變化不穩定因素。逆變器驅動的轉矩脈動，以及V/F的暫態變化引起的轉矩波動，都將成為振源，并振動持續。這種轉矩脈動與諧波電流、磁路飽和、變頻器死區設置影響等有關，當變頻電機狀態不穩定時，不能簡單地判定是電機有故障或是變頻器有故障，而是應當結合電機和變頻器參數的配合進行綜合分析和判斷。

3 解決對策

在電廠中的變頻電機故障解決對策，一般遵循“保護為主，排除為輔”的原則，防止故障的發生。

3.1 振動過大解決對策

針對臨河熱電廠變頻電機運行過程中軸承部件所表現出的外觀性損傷與振動過大問題而言，臨河熱電廠設備維護人員進行全面的檢查并對故障可能的原因進行逐項排除。通過故障點的確定與維修保障高壓電機的穩定運行。按照振動類故障的解決經驗，應首先檢查變頻電機的外觀，觀察電機所在位置是否適合于電機的安裝與平穩運行。檢查電機的緊固零部件是否擰緊，確保沒有松動。檢測地面水平度，排除掉地基本身的沉降和混凝土造成的安裝問題。

3.2 改進絕緣性能

改善電機內部的絕緣性能可以有效的防止電機的短路與漏電，因此要著力改進變頻電機的絕緣性能，定期檢修，防止故障的發生。

（1）選用耐電暈絕緣。定期檢查電機的內外有無漏電、局放現象，觀察電流有無異常，發電有絕緣材料有發黃或變黑一定要進行及時的修復。保證變頻電機不會因局放或短路、漏電而過熱過燒或擊穿，使得絕緣材料加速老化，引發事故。

（2）減小或抑制尖峰過電壓的幅值，減緩輸出電壓脈沖的上升速度、降低電機端過電壓。

（3）變頻電機大修時要盡量避免樹脂流出。一般來說，采用VPI處理或VPI處理后再加沉浸的浸漬工藝可以有效驅除氣泡，填充繞組內部氣隙，提高繞組電氣、機械強度，增強耐熱、耐污能力。

3.3 改善電流振蕩現象

經過實際使用發現，改善電流不穩定應盡量加大電機轉動慣量、減小電壓波動；在PWM控制的逆變器中，采用快速開關的元件或降低PWM的調制頻率，以防止輸出電壓受死區的影響而發生波動；通過電流反饋等反饋電路，以提高穩定度采用高轉差率的電動機，盡可能減少電流振蕩。

3.4 整流塊損壞問題的控制

在變頻器的運行過程當中，最為常見的損壞級表現在整流橋部件當中。早期所生產變頻器整流塊所對應的整流方式多表現為二極管模式，而在當前技術條件支持下，整流塊所采取的整流方式則多以晶閘管整流方式位置。特別是對于運行功率相對較大的變頻器裝置而言，三相全波整理基本擔負著變頻器在正常運行狀態下所有輸出電能的整流工作，因而極有可能產生擊穿反應。在出現整流塊損壞問題的情況下，可能導致變頻器裝置無法持續送電，以及保險熔斷的問題。從而，除針對已損壞的整流塊進行及時的更換以外，還需要在整流塊與散熱片的接觸面之上，均勻涂抹一層傳熱性能良好的硅導熱膏，在此基礎之上進行螺絲緊固處理。以此種方式，保障變頻器運行性能的穩定性與可靠性。

4 結語

針對變頻電機的故障率高、使用壽命普遍不高的問題，對變頻電機故障排查與預防提出了高的要求。變頻電機的生產、使用與檢修應緊密聯系，保持信息暢通及時，以預防為主的電機全生命期管理模式。通過對變頻電機使用數據的收集與統計，優化后的變頻電機性能的不斷改進和檢修、維護水平的不斷提高，變頻電機一定會贏得更加廣闊的發展空間。

本文就臨河火電廠變頻電機常見故障與解決對策進行了詳細分析，說明要加大設備的養護與維修檢查。只有將故障及時發現，盡早解決才能避免更大的損失。盡早發現問題，定期檢修與養護能有效避免變頻電機的快速報廢，為變頻電機的應用有實際意義。

參考文獻

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