變頻器功率模塊故障引發電機異音分析

摘 要：介紹了某發電廠A引風機電機運行過程中出現異音事件，通過對引風機電機、高壓變頻器逐一排查，找出故障問題所在，并結合變頻器性能特點，分析了異音現象產生的原因，進行了相應處理，確保了引風機安全運行。

關鍵詞：引風機電機；高壓變頻器；功率模塊

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.058

0 引言

鍋爐引風機是火力發電廠的關鍵輔助設備之一，引風機的運行的情況直接關系到鍋爐的運行效率。發電企業為尋求新技術來提高電廠的安全性、經濟性及可靠性，使電廠得到更快、更好、更有效的發展，便將高壓變頻具有高的輸入側功率因數、優良的調速性能和轉矩控制性能、節電效果好的技術，在風機上進行了應用，對風機進行了變頻改造，但隨著風機變頻器的長期使用，變頻器出現了一些的問題，從而引發風機運行異常。

1 引風機故障現象

某發電公司6號爐A引風機電機型號為YKK710-6 轉速：995r/min 功率 2700KW額定電流305A 額定電壓：6000V，上海電機廠有限公司生產，在變頻器運行20-35HZ時發出一陣一陣“隆”的聲音。測量電機振動及溫度數據見表1、表2，各項數據均正常。檢看6號爐A引風機高壓變頻器，型號：HARSBVERT-A06/310，額定容量3380KVA，額定輸入電壓6.3KV 輸入頻率50HZ，北京利德華福電氣技術有限公司生產，變頻器溫度38°、無異音、無異常氣味、無報警，通過變頻器工控機界面故障查詢窗口，查看故障信息，未發現功率單元、整流變壓器、控制器、功率柜冷卻風機等故障信息。

2 引風機電機解體檢查

針對引風機電機異音，對電機解體檢查，測量各項參數，檢查結果如下：

（1）定子檢查：測量轉子氣隙見圖1所示，按空氣隙的最大允許偏差值不應超過其算術平均值的±10%，此定子與轉子的氣隙合格。檢查定子槽內無松動、端部線圈絕緣無破損，墊片及綁扎牢固，無異物，背部端壓環綁扎牢固，端部連線牢固，電動機引線無斷股，絕緣良好，無裂紋，接線鼻子接觸面良好無松動，但在靠近自由端端部下方鐵芯有輕微摩擦現象。

（2）抽出轉子檢查：檢查轉子鐵芯無銹斑、變形、過熱變色等現象，鐵芯與本體支架的連接牢靠，風扇葉片無松動、無變形、無裂紋，同樣在靠近轉子自由端部位置有輕微摩擦現象。

（3）電機軸承室及軸承檢查：檢查軸承室無裂紋、無磨損，結合面無銹蝕。檢查驅動端型號為SKF 23044 CC/C3軸承，軸承內、外滑道、滾柱無脫皮、無麻點、無銹斑、無過熱、無劃痕、無老化磨損，保持架牢固，軸承內SKF油脂無明顯變色、無雜質，粘稠度好，測量軸游隙0.29mm，在合格范圍內。檢查自由端型號為SKF NU240ECM/C3軸承，軸承內、外滑道、滾柱無脫皮、無麻點、無銹斑、無過熱、無劃痕、無老化磨損，保持架牢固，軸承內SKF油脂無明顯變色、無雜質，粘稠度好，測量游隙0.14mm，在合格范圍內。

（4）軸徑檢查：轉子軸徑無磨損、無斷裂、無裂紋，轉子鍵槽無磨寬和變形現象。

（5）風扇檢查：轉子風扇無變形，螺栓無松動或缺少，扇葉無裂紋，無開焊現象。

上述對電機的解體檢查，可以判斷引風機電機發出的異音，應該是電機轉子鐵芯與定子鐵芯摩擦產生的。定子與轉子摩擦損壞較輕，做補刷絕緣漆處理便可，但檢查電機其他各項指標均在合格范圍為內，特別是測量轉子與靜子的氣隙及軸承游隙數據合格。按電機檢修工藝標準回裝電機，手盤電機，電機轉動平滑，無異音，推斷電機異響不是由電機本身缺陷造成。于是先變頻器旁路，工頻空載運行電機，此時電機一陣一陣“隆”的聲音消失，電機運行各項數據均在合格范圍內見表格3、4所示，電機運行時聲音正常，可排除引風機電機問題。再次變頻25HZ空載運行電機，電機還是發出一陣一陣“隆”的聲音，隨著將頻率升至接近50HZ，電機“隆”響聲增快。由于電機解體檢查各項指標均正常，空載工頻運行電機也正常，判斷引風機異音由高壓變頻器引起。

3 變頻器檢查

通過變頻器工控機界面查看運行中的變頻器輸出電流，電壓均無異常，查看故障查詢窗口，未發現功率單元、整流變壓器、電機、控制器、功率柜冷卻風機等各個部分有故障信息。因為已經排除是引風機電機問題，依據電機發出一陣一陣“隆”的聲音，判斷引風機異響很可能是由于個別功率模塊輸出電壓電流異常，產生高次諧波，將輸出波形畸變，引起機械振動，造成電動機運行時有異音。通過變頻器工控機界面，查看輸出的電流波形記錄，發現輸出電流波形混亂、不規則，與正弦波形相差較大見圖2所示。由此判斷引起6號爐A引風機電機發出的異音，是由變頻器輸出電流波形畸變，引起電機三相繞著產生的旋轉磁場異常，造成電機轉子受的磁場力發生變化，使轉子與定子自由端端部鐵芯發生摩擦，產生一陣一陣“隆”的聲音。但變頻器工控機界面沒顯示變頻器有任何故障信息，推斷變頻器主控單元出現異常，未檢測出功率

模塊異常問題。停止變頻器運行，做好安全措施，更換主控單元主控板。再次啟動6號爐A引風機變頻器，頻率升到3HZ時，變頻器發出報警故障，報B3功率模塊過壓，變頻器自動切入旁路狀態運行，即旁路B3功率模塊，并將自動退出其他兩相一功率模塊A3、C3。此次檢查引風機電機，發現電動機聲音正常，沒有異音聲，查看變頻器的輸出電流波型是正弦波，但波形的光滑度偏差見圖3所示。停止運行變頻器，做好安全措施，更換B3功率模塊。更換合格的功率模塊后啟動變頻器，變頻器、電機運行的各項性能指標正常，變頻器輸出電流波型光滑見圖4所示，A引風機沒有發出一陣一陣“隆”的聲音，故障排除。

4 引風機電機異音原因分析

（1）引風機電機正常，電機本身不會產生異音。對電機定子、轉子、軸承、軸承油脂等部位檢查，各項檢查結果均合格，電機工頻電壓試運，各項運行指標均合格，不會產生異音。

（2）諧波電流由功率模塊產生。高壓變頻器功率模塊結構，是由二極管整流的三相全控橋、低壓絕緣柵雙極型晶閘管（IGBT）逆變橋、電容器組等元件組成的控制回路。于是可知高壓變頻器的整流和逆變線路都使用了電力電子器件的開關特性，這種開關特性形成一個非線性負載，這種非線性負載將改變交流電力線路中電流的正弦波特性，便其輸出電流時產生了有害的高次諧波。

（3）高次諧波電流會引起變頻器輸出電流波形變化。引風機高壓變頻器，每相由5個功率模塊輸出端按星型接法串聯組成功率單元，

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通過對每個單元的輸出PWM波形（見圖5所示）進行疊加重組，各級功率模塊輸出的諧波能相互抵消，高次諧波含量也會很小，便得到正弦度好波形如圖6所示。當一個功率模塊出現故障時如上述B3功率模塊故障，主控單元將退出此功率模塊運行，并同時退出其他兩相電源的各一功率模塊，此方式是為了保證三相輸出電壓波形對稱。由于少了一組功率模塊，其他每個單元的功率模塊就需分擔故障模塊的輸出電壓，來實現完整的波形，這便要是每各單元輸出的PWM波幅值升高，使模塊之間相互抵消的諧波減小，高次諧波就會比之前大，引起變頻器輸出電流波形變化，就得不到正弦度好的波形，引起變頻器輸出電流波形變化如圖3所示。

（4）引風機電機異音是由故障功率模塊產生的高次諧波電流，使輸出電流波形產生畸變造成。當其中一個功率模塊故障時，主控單元未及時監測到功率模塊的故障信息，未對產生故障模塊進行隔離，使故障功率模塊輸出的不穩定PWM波與其他模塊輸出的PWM波形進行疊加重組，不但不能與其它功率模塊輸出的諧波相互抵消，反而增加了高次諧波含量，使變頻器輸出電流波形畸變如圖2所示，引起電機三相繞著產生的旋轉磁場異常，造成電機轉子受到的磁場力發生變化，使轉子與定子自由端端部鐵芯發生摩擦，便產生一陣一陣“隆”的聲音。

5 結束語

通過對引風機電機運行過程中出現異音，對相關聯設備檢查、數據分析，找到了引起電機異響原因是由于變頻器主控單元未監測出B3功率模塊故障，引起電機產生規律性“隆”響聲。現已經對故障主控單元、B3功率模塊進行更換處理，目前該發電公司引風機電機變頻運行已1個多月，效果良好。雖然對以上對變頻器功率模塊故障產生諧波，引起電機異音進行了分析，但是今后還是有必要對主控單元的有效性進行進一步的分析。

參考文獻：

[1]北京利德華福電氣技術有限公司編.北京利德華福電氣高壓變頻器調速系統HARSVERT -A系列技術手冊[S].

作者簡介：黃軍（1985-），男，江西宜春人，大專，助理工程師，副總工程師，主要從事提高電氣設備檢修質量方向研究。