ACS1000 中壓變頻器典型故障分析

孫濤　陳杰

摘? 要：ACS1000中壓變頻器在應(yīng)用中，因維護人員對變頻器結(jié)構(gòu)、軟件和硬件等認知能力存在的差異，故障點分析判斷缺乏系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性，導(dǎo)致維護和故障判斷處理方法不合理，不能準(zhǔn)確分析判斷故障原因，導(dǎo)致因設(shè)備故障影響生產(chǎn)長周期運行。因此有必要通過對已經(jīng)出現(xiàn)的ACS1000中壓變頻器故障現(xiàn)象進行分析，找到可能存在的規(guī)律和解決的方法，為今后故障處理提供可靠便捷的維護策略。

關(guān)鍵詞：中壓變頻器;IGCT;電流互感器;維護策略

引言

ABB公司的ACS1000中壓變頻器在石油化工生產(chǎn)中的應(yīng)用非常普遍。基于ABB對產(chǎn)品的生命周期管理，在用變頻器經(jīng)過數(shù)年的運行后，設(shè)備的故障率逐漸增加的。對于電氣傳動設(shè)備，這個周期一般為5到10年。故障的主要原因是部件的老化，但由于運行條件而引發(fā)的故障率也是極高的。部件故障可以導(dǎo)致包括電力半導(dǎo)體在內(nèi)的傳動的其他零部件的損壞。因此，分析、總結(jié)變頻器在使用過程中產(chǎn)生的各種故障及其處理方法就顯得十分必要，建立有效的維護策略能夠降低故障率和縮短故障處理時間。

1 ACS1000中壓變頻器典型故障

1.1案例一：

1.1.1故障現(xiàn)象

ACS1000中壓變頻器在開車時變頻器報警。檢查變頻器控制盤顯示“Undervoltage”低電壓、“ShortCircMi”逆變器負極短路、“InvCurrSOA”逆變器軟件監(jiān)控過電流，“InvCurrHW”逆變器硬件監(jiān)控過電流等故障報警，現(xiàn)場檢查變頻器GUSP有四塊子板的指示燈在閃爍。

使用萬用表二極管檔在線測量W相IGCT管V2W、V3W、V4W的PN結(jié)正向、反向壓降均為0V，而其他所有IGCT管（包括V相、W相）正向壓降為0.2V、反向為阻斷狀態(tài)，同時測量并接在W相回路的續(xù)流二極管VN1W管正反向壓降均為0V，而其他續(xù)流二極管在線正向壓降為0.2V、反向為阻斷。拆下V2W、V3W、V4W后測量正反向壓降均為0V。

測量未安裝的正常IGCT管，正向壓降為0.6V，反向為阻斷狀態(tài);正常二極管正向壓降為0.2V，反向為阻斷狀態(tài)。由于半導(dǎo)體元件正常時具有單向?qū)ㄌ匦裕鶕?jù)上述檢測結(jié)果及ABB技術(shù)手冊說明，判斷W相IGCT管V2W、V3W、V4W和二極管VN1W（NP回路）、箝位二極管VCL2損壞。其中V2W、V4W、V4W和VN1W擊穿形成一個典型的下半橋短路。

更換變頻器IGCT和二極管后，變頻器送電發(fā)現(xiàn)變頻器IGCT（集成門極換向晶閘管）門極電源模塊GUSP1（共2塊）LED燈不亮，檢查門極電源模塊GUSP1供電電壓正常（DC 24V），檢查發(fā)現(xiàn)電源模塊底板有裂紋。

1.1.2故障原因及分析

a）IGCT故障分析：

V4041、V4042導(dǎo)通，W相輸出正極電壓。然后V4041關(guān)斷，V4043導(dǎo)通，W相輸出零電位。然后V4042關(guān)斷，V4044導(dǎo)通，W相輸出負極電壓，依序循環(huán)。每次換向兩個IGCT關(guān)斷，兩個IGCT導(dǎo)通。且必須保證在換向時前一個IGCT先關(guān)斷后，后一個IGCT再導(dǎo)通。若在換向時，應(yīng)關(guān)斷的IGCT沒有截止或發(fā)生延遲，將會導(dǎo)致逆變器短路，損壞三個IGCT和一個二極管。

b） GUSP2門極電源模塊子板與母板可能插接接觸不好，造成EPS電源板供電電源保險（10A）熔斷，EPS電源板供電異常，導(dǎo)致AMC主控板程序混亂，發(fā)出“濾波器數(shù)據(jù)丟失”等報警信息，造成參數(shù)、數(shù)據(jù)丟失情況或內(nèi)部接口板INT逆變橋觸發(fā)信號故障造成觸發(fā)信號相序混亂、失控或觸發(fā)信號延遲等造成W相IGCT、二極管短路擊穿。

1.2案例二：

1.2.1故障現(xiàn)象

變頻器面板報警信息：主要有“OVERVOLT SW直流回路過電壓”、“INV CURR SOA軟件監(jiān)控逆變過流”、“INV CURR HW硬件監(jiān)控逆變過流”、“FIL CAP CURR濾波電容器過流”、“INV AIRTEMP變頻器溫度高”。

1.2.2故障判斷：

a）逐一檢測整流、逆變回路二極管、IGCT管均正常（萬用表檢測二極管、IGCT間直流電阻，并互相比對未發(fā)現(xiàn)異常）。

b）通過對變頻器一次元器件檢查未發(fā)現(xiàn)異常，根據(jù)變頻器面板顯示電機電流在0～1434A之間波動，逆變電流在1970A左右，溫度顯示75.9℃。初步懷疑ADCVI模擬/數(shù)字電流和電壓接口板及周圍附件有故障。更換ADCVI板和OVVP過電壓板及其三塊子板后送控制電源，故障報警依然存在。

c）由于ADCVI板的輸出信號通過INT接口和通訊板后再送入AMC33應(yīng)用和電機控制板。懷疑INT板有故障，更換INT接口和通訊板進行檢查驗證。更換INT板后送控制電源，故障報警信息有變化。

d）由于ADCVI板電源是由EPS電源板供電。檢測EPS電源板送ADCVI板電源異常。逐一檢查ADCVI板上的輸入、輸出端口（2個逆變器母線電流互感器、2個濾波電容器電流互感器、1個接地互感器），當(dāng)斷開逆變器母線W相電流互感器輸入端口時，故障報警消除。當(dāng)再次接入W相電流互感器后，故障報警出現(xiàn)，初步判斷W相電流互感器故障。更換電流互感器，變頻器恢復(fù)供電，面板顯示正常。

1.2.3原因分析

ADCVI模擬/數(shù)字電流和電壓接口板主要作用是對直流母線電壓檢測，逆變器母線、濾波電容器、接地電流檢測，逆變器溫度等檢測，經(jīng)過內(nèi)部電路進行比較計算后通過光纖通訊方式上傳至INT接口和通訊板，再送入AMC33應(yīng)用和電機控制板，驅(qū)動電機正常運行。

當(dāng)逆變器母線W相電流互感器內(nèi)部故障時，造成ADCVI板工作電源異常，導(dǎo)致板上的輸入輸出信號異常，造成變頻器停車。

1.3案例三：

1.3.1故障現(xiàn)象

高壓柜跳閘、ACS1000變頻器停止工作。變頻器控制盤顯示“ MCB Disturb”（在運行過程中MCB斷開）、“MCB Control”（變頻器不能控制主電路斷路器）故障報警，變頻器無其它異常報警。 進一步對變頻器進行檢查發(fā)現(xiàn)EPS2電源板X3插針處電路板變色，焊點脫開，插針?biāo)蓜印８鼡QEPS2電源板，變頻器運行正常。

1.3.2故障原因及分析

通過對變頻器內(nèi)部元器件檢查，最終確定是由于變頻器EPS2電源板長期運行，電子元器件等老化、脫焊故障，運行過程中造成變頻器控制電源電壓不穩(wěn)定，故障繼電器K33誤動作，導(dǎo)致高壓柜跳閘，變頻器停車。

2 變頻器日常維護策略

針對ACS1000變頻器出現(xiàn)的各類故障，要對出現(xiàn)的故障進行詳細的分析，按照ABB公司提供的變頻器內(nèi)部元器件壽命周期要求，日常需要建立完善的維護策略。

2.1每天對變頻器進行巡檢，主要包括：電流、轉(zhuǎn)速、內(nèi)部溫度、去離子水電導(dǎo)率、液位、內(nèi)循環(huán)水溫度、外循環(huán)水進出口溫度，出水流量、冷卻風(fēng)機運行狀況等。

2.2 按照ABB公司對變頻器壽命周期要求內(nèi)容，進行周期檢測維護并對目前運行狀況評估。包括，定期安排檢測電路板、電容器容量，光纖衰減測試，循環(huán)水系統(tǒng)檢測、冷卻風(fēng)機更換，變頻器內(nèi)部清潔等項目。

2.3 變頻器備件儲備。對于主要的元器件要做好備件的完好，隨時能夠更換使用。

3 結(jié)束語

本文介紹了ACS1000變頻器在運行中出現(xiàn)的幾種故障，對目前相同類型的變頻器的維護具有參考意義。通過對變頻器各類故障的分析，合理的日常維護能有效延長變頻器的使用壽命，降低變頻器的故障發(fā)生率。

參考文獻：

[1]劉智強.ACS1000變頻器IGCT故障分析及處理 [J].自動化技術(shù)與應(yīng)用.2013（09）：101-102