空冷風機變頻器的應用和故障分析

周璐璐

摘 要：空冷機組運行中，變頻器的應用日益廣泛，在增加經濟效益的同時也引起了一系列問題。空冷散熱器的變頻器在日常應用中，尤其是夏季高溫時段極易發生跳閘、報警問題，對空冷器真空度、運行負荷等均會產生影響，降低了機組運行安全性、經濟性。文章針對風機變頻器的應用、故障原因、應對方法等進行了探討，旨在提高變頻器的應用效果。

關鍵詞：空冷風機；變頻器；故障分析；預防措施

中圖分類號：TM921.51 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）06-0069-02

Abstract： In the operation of air-cooled units， the frequency converter is increasingly widely used， which causes a series of problems while increasing economic benefits. The frequency converter of air-cooled radiator is easy to trip and alarm in daily application， especially in the high temperature period in summer， which will affect the vacuum degree and operation load of air cooler. The operation safety and economy of the unit are reduced. In this paper， the application of fan frequency converter， fault causes， countermeasures and so on are discussed in order to improve the application effect of the frequency converter.

Keywords： air cooler； inverter； fault analysis； preventive measures

1 概述

當下空冷器風機控制中，采用變頻控制的居多，部分大型空冷機組的運行中，會配置變頻控制柜、變頻間等設置。借助硬接線、通訊等與整個DCS相連接，空冷系統在DCS控制下，可結合蒸汽流量、環境溫度、風機轉速等進行控制管理，保證汽輪機排汽壓力的全面合理性。當下較為常用的變頻器型號包括ABB、日立等，需要結合企業要求、工藝特殊性等進行選擇。

2 變頻器運行維護特點

變頻器作為一種敏感度較高的電力電子設備，運行環境較為苛刻，包括溫度、濕度、粉塵等都需要控制在一定范圍內。第一、工作溫度：作為內部大功率運行的元器件，對工作溫度極為敏感，一般需要在0-55℃范圍內運行，為了充分提高產品質量、運行可靠度，需要考慮溫度余量等限制，盡量控制在40℃之內較為安全。第二、環境溫度，風機變頻器環境溫度范圍一般需要維持在-10～50℃，環境溫度會對工作溫度造成一定影響。一般狀況下，變頻器運行溫度下降，其整體使用壽命、運行性能將會顯著提高。第三、濕度，風機變頻器作為一個電子元件，必須考慮其運行環境的濕度，如鎮海煉化企業處于海邊地區，梅雨季節當地濕度大幅增加，對變頻器安全運行具有負面影響。因此可在變頻器室內安裝空調，一方面起到降溫的功效，同時是維持濕度在合理范圍內的必要措施。但是空調風不可直接吹向變頻器，避免空調停運間隙期間，形成溫差問題等引入潮氣、凝露等負面影響。第四、振動、沖擊作用，裝有變頻器的控制柜，在外界振動、沖擊作用下，可能會發生故障問題，如接觸不良。需要及時管理控制柜的機械強度，降低外界機械作用的負面影響，必要時可借助抗震橡皮墊進行柜外控制，提高對內電磁開關等部件的有效管理。第五、粉塵，變頻器的應用中，需要加強室內清潔度的管控，傳統變頻器室內是強制對流通風的管理模式，運行維護難度較大。當下條件逐漸改善，變頻器一般借助空調降溫進行管理，降低了室內室外空氣快速交換的負面影響，對運行環境的優化具有極大幫助。

3 空冷風機變頻器故障及應對策略分析

以金山空冷器管束為例進行分析，該企業管束是哈空調制備，風機是上海爾華杰提供，變頻器廠家是南京自動化提供。空冷島是四排管控制，每個管束包括四臺風機，每個風機由一個變頻器控制，安裝在空冷島下部。該企業的空冷器在2007年投運后，前期運行正常，后期受當地海拔、溫差過大等氣候條件影響，逐漸出現負荷增加、真空度下降等掌控，變頻器頻繁跳閘，危害十分突出，具體狀況及原因分析如下。

3.1 過熱故障。該故障的處理方法為：首先檢查當地環境溫度是否在規定范圍內，結合環境溫度進行風機進口溫度的核算；其次，檢查變頻器的散熱風機等部件是否發生問題，保證散熱風機的正常運作，避免風道發生堵塞問題，如果發生堵塞需要及時進行檢修、清理處理；再者，檢查變頻器的溫度指示參數是否合理，并定期進行顯示參數的核查；最后檢查變頻器的風扇，工程經驗表明，風扇損壞時，將會發生較為嚴重的熱量積聚問題。

3.2 過電流。處理方法：第一、核查設備三相電源的完整性，是否發生缺相、不平衡等問題，提高電源運行的可靠度和穩定性；第二、及時進行電機接線端子（U＼V＼W）的排查，避免電路發生對地短路、相間短路等問題；第三、核查電機電纜等因素，提高相序合理性；結合變頻器輸出位置的開關等進行分析，避免誤動作帶來的危害，此處需要注意在啟動前必須進行復位操作；第四、核查變頻器的加速時間，過長過短均不利。

3.3 過載。處理方法：第一、檢查負載是否發生問題，如過重問題等，避免空載啟動操作；第二、核查變頻器的輸出是否滿足三相平衡的要求；第三、對變頻器進行輸出側開關的檢查，避免電磁開關等發生誤動作問題；第四、合理控制變頻器的加速時間，不可過長過短；第五、對減速機進行溫度核查，潤滑油在冬季低溫狀況下，粘度增加，負載增大，必要時需要對潤滑油進行加熱處理，一般冬季最低溫度需要高于18℃。

3.4 過電壓、欠電壓分析。過電壓處理方法：需要考察電源電壓是否在規定范圍內，啟動電壓前需要及時通知相關負責人，避免電壓不穩等帶來的危害。欠電壓處理方法：需要考慮電源是否發生斷電問題等狀況，核查電路器件的故障問題、接觸狀況等，保證供電的全面有效性，啟動前進行電源和設備的全面穩定性分析；并及時核查系統是否發生大啟動電流的狀況，降低負載過高或者多臺大型設備同時啟動的狀況。

3.5 振動、噪聲方面的分析。風機振動故障主要與電機脈動轉矩、系統共振相關，尤其是二者達到頻率一致，形成共振時危害更加突出。噪聲包括：變頻裝置、電機噪聲兩方面要素，不同安裝環境下需要加強處理方法的優化和選擇。變頻器調試中，需要在保證精度的前期下降低脈沖轉矩的影響；經過調試獲取其機械共振點，避免變頻器頻率的影響，需要及時將共振點排除在外；考慮到空冷器中，變頻噪聲與風扇電抗器相關，一般需要選擇低噪音元器件，并在電機、變頻器之間及時設置交流電抗器，避免PWN調制方法等引起的高次諧波問題。如現場運行結果表明，加氫裂化F304裝置在40Hz狀況下，極易發生振動問題，多次實驗分析后確認該頻率為其共振點，將這個頻段屏蔽后可消除其故障等帶來的負面影響。

3.6 接地、雷電感應故障分析。接地處理：及時對電機進行接地檢查，一般停運后再次啟動需要進行絕緣狀況的測試和分析；對電機電纜進行絕緣狀況的測量和分析處理。雷電感應處理：雷擊形成的沖擊電壓可能會對變頻器造成一定影響，可在變頻器周圍設施避雷設備，如加裝AC電抗器，可大幅增加變頻器抵抗電壓的能力和效果。

3.7 變頻器及控制部分的干擾問題。部分變頻器周圍存在干擾源，產生干擾會通過敷設、電源線等形式對設備內部造成影響，容易造成控制回路問題，如停機問題，甚至會發生損壞變頻器設備的問題。此外，主回路非線性問題，包括開關動作問題變頻器本身屬于諧波干擾源，可能會對電源側、輸出側等產生影響。變頻器與主回路相比，具有能量小、信號弱的特點，容易受到其他裝置的影響，為此，安裝中需要及時對控制回路進行優化處理，包括抗干擾管理等。

4 空冷風機變頻器預防措施分析

4.1 規范化使用和管理。及時制定變頻器的規范化管理，建立日常維護制度方面的優化，設立專人保管的制度，結合運行數據、故障記錄等進行設備管理，定期對變頻器、電機的運行數據等進行核算，保證變頻器的輸出電壓、輸出電流、內部直流電壓和溫度等參數滿足要求，并及時與相關數據進行比對分析，這對提前發現故障問題和隱患問題具有極大幫助；一旦變頻器發生跳閘故障，需要及時進行代碼記錄，了解變頻器的運行狀況方可進行故障原因的分析和處理。

4.2 加強日常檢查管理。風機變頻器的日常維護中，需要15天檢查一次，記錄變頻器運行的三相電壓等相關參數，并考慮其相關數據之間的平衡度，及時進行平衡度的比較和分析；檢查散熱器溫度、環境溫度等參數；核查變頻器是否發生振動異響等狀況，提高風扇運行穩定性的合理分析和控制。

5 變頻調速節能效益分析

石化企業中，一般是泵類設備負荷較高，然后是風機、壓縮機、攪拌設備等，其中泵體、風機的負荷比例高達80%。傳統風機、水泵等設備的控制，大部分是借助流量、壓力等參數的調節實現控制，如調節擋風板高度、控制節流閥開關大小等，實現對壓力和流量的管理。借助變頻調速對流量和壓力進行調控，其特性曲線如圖1 所示。

圖中，曲線1、2 是節流閥控制調節曲線，1 是閥門關小的曲線、2 是閥門全開的曲線、3是揚程特性曲線，4是閥門開度一定狀況下借助變頻調速實現節能效果的曲線。工作點從A轉移到C，流量、揚程下降，電機消耗功率與節流閥調節方式相比下降，此時功率與OECH成正比關系，從圖中可看出節能效果十分突出。此外，流量與轉速成正比，軸功率與轉速的三次方成正比，轉速下降20%，功率下降到51.2%，當轉速下降50%時，軸功率下降幅度高達12.5%，電能節約效果十分明顯。

另一方面，間接經濟效益分析中，電機全壓啟動后，啟動電流會對電網產生較大的瞬間沖擊作用，進而對系統電壓產生作用。借助變頻設備，可大幅降低啟動操作對設備、電機的影響作用，是提高設備使用壽命的常規做法。借助變頻調速裝置的應用，一定程度上可以降低電流、噪音工作量等方面的負面作用。變頻調速對改善電網功率因數具有極大幫助，該裝置可快速實現閉環管理和控制，提高調節精度和穩定效果，從而實現經濟效益的增加。

參考文獻：

[1]張選正，史不海.變頻器故障診斷與維修[M].北京：電子工業出版社，2008：242-258.

[2]原魁.變頻器基礎及應用[M].北京：冶金工業出版社，2005：278-290.

[3]王利君，劉維.空冷風機變頻器常見故障及預防措施[J].內蒙古石油化工，2014，1：67-68.