高壓變頻器常見故障分析及處理

李 琦

（國能錦界能源有限責任公司，陜西 神木 719319）

在火電廠中應用高壓變頻器，能提升電廠運行設備的安全穩定性，而且高壓變頻器可以根據機組實際運行的負荷要求，向電動機提供變頻電源，改變電機轉速，可以降低設備運行的能耗，對于火電廠節能運行具有重要的作用。在實際應用過程中，由于火電廠高溫、多粉塵、高腐蝕等環境影響，導致變頻器易出現故障，影響設備的安全運行。因此，分析高壓變頻器常發生故障的原因，并提出相應的故障處理措施，確保高壓變頻器穩定運行，對于火電廠機組運行具有重要的意義。

1 高壓變頻器工作原理及應用優勢

1.1 高壓變頻器工作原理

變頻器是利用相應元件的通斷作用將工頻電源變為各頻率電源的設備。雖然生產廠家不同，但高壓變頻器基本上是由移相變壓器、功率單元及控制單元等組成。移相變壓器為變頻器的每個功率單元供電，功率單元是小型的低壓變頻器，用來接收光纖信號，輸出單相脈寬的調節波形。輸出過程中，利用疊波技術，降低了高壓變頻器輸出電壓中的諧波含量，讓變頻器的輸出性能大幅提升。控制單元主要由光纖板、信號板、主控板、工控機、PLC 等組成[1]。光纖板將數據信號傳遞給功率單元，功率單元接收信號后進行相應的動作指令，出現故障后將故障代碼傳遞給光纖板。信號板主要用來采集高頻器的電壓、電流等信號，同時將采集到的信號進行隔離、濾波后轉換，為變頻器控制保護提供信號。主控板利用單片機來控制電機，利用相應的通訊口來實現與工控機的數據交換，并將變頻器的狀態參數反映出來。工控機為用戶提供監控界面，負責數據采集、信息處理和與外部通信聯系，并對電機進行過載、過流保護。PLC 用來處理變頻器內的開關信號以及現場操作信號，主要包括現場流量、壓力等模擬輸入量信號和電流、電壓、功率等模擬輸出量信號。

1.2 高壓變頻器應用優勢

火電廠中應用的高壓變頻器具有節能降耗、保護設備，以及提高自動化水平等優勢。在實際運行中，電動機在未滿負荷工況下運行時，會有部分的有功功率消耗，利用變頻器可以降低電動機的轉速，滿足實際的運行要求，減少功率消耗，尤其是在機組低負荷運行時，變頻器節能效果更好。火電廠中的很多設備購置價格高，維護費用高，盡可能地延長設備的使用壽命，能大大降低火電廠的生產成本。設備啟動時，利用變頻器能讓啟動時的壓力更平穩，有效減少啟動過程對電機的沖擊。比如，風機啟動常有喘振效應，對設備沖擊大，采用變頻器啟動，可以很好地降低喘振效應對設備的危害。在機組低負荷運行時，變頻器隨著負荷變化調整設備的轉速，轉速降低可以減少機械磨損，設備的使用壽命就會延長。高壓變頻器的輸出頻率可以靈活調整，調節的范圍比較寬，而且自身的對外接口支持遠程控制，與傳統的調速方式相比，變頻調速在動態響應、智能控制以及便捷通信等方面功能完善，自動化程度高，能提高電廠自動化控制水平。此外，高壓變頻器的使用，實現了電機軟啟動，減小了電機啟動對電網的沖擊[2]。

2 高壓變頻器的日常維護及定期檢修內容

2.1 日常維護內容

高壓變頻器故障多是由于電廠運行環境中的溫濕度、粉塵、振動等因素導致的。因此，應該加強對高壓變頻器的日常維護，及時排除安全隱患。檢查設備裝置（電動機、冷卻風機等）有無異常振動、異常聲音等情況；用紅外線測溫儀檢測電動機有無存在過熱現象；查看主電源的電壓以及控制電源的電壓是不是正常；人機界面信息顯示有無異常；儀表指示值是不是在正常范圍內；觀察變頻器界面輸入電壓是不是在正常范圍內；查看主回路濾波電容器有無膨脹、液體泄漏等現象；檢查變頻器柜內的所有接地點有無銹蝕情況；檢查各回路有無異常發電現象；變頻器內部電纜連接螺母是否有松動現象等。

2.2 定期檢修內容

高壓變頻器定期維護的內容主要包括：查看冷卻系統中的連接部件有無松動、磨損等情況；變頻器運行時檢查控制回路中的各相輸出電壓是不是均衡，相間電壓誤差有沒有在正常范圍內；保護回路是不是正常，變頻器與上級高壓開關聯鎖是不是正常；人機界面是不是清潔，顯示是不是正常；電動機的絕緣電阻是不是符合正常值；查看主回路中的變壓器絕緣情況；緊固件有無存在松動情況；各零部件有無過熱現象；連接導線、導體的外層有無破損現象；濾波電容器有無膨脹、液體泄漏等情況；監聽繼電器動作有無異常等。每次檢修工作完成后，要將檢修部位認真檢查，防止導線、螺栓等小金屬零件遺漏或清理不及時造成變頻器內部短路。

3 高壓變頻器常見故障及處理措施

3.1 變頻器過流故障處理

變頻器過流故障是輸出電流超過了內部整定電流值[3]。一般情況下，變頻器實際電流超過額定電流120%，且這種過流的時間持續超過60s，或者是實際電流超過額定電流值150%，持續時間超過3s，變頻器就會跳閘。發生故障的主要原因是：變頻器主控板故障；模擬接口板檢測回路發生故障；霍爾電流傳感器故障；模擬接口板與電流傳感器間接線有松動或接觸不良等情況；電機出現過載等。在變頻器檢修時，要查看模數轉換板有無粉塵、油污等，是否存在腐蝕現象。定期對模數轉換板進行吹灰處理，用清洗劑擦拭表面，如果有腐蝕現象要進行防腐蝕處理。具體故障處理，可根據故障現象利用元件替換方式逐一排除。

故障實例：2021 年，某電廠3 號鍋爐甲吸風機掉閘，發“甲吸風機變頻故障”信號。出現此故障后，檢修人員將變頻器斷電排查，一次回路中的電機、開關等均正常。變頻器控制電源上電后，面板上的轉速、電壓等參數均顯示正常，但電機的電流反饋顯示異常，將霍爾電流傳感器電源斷開后，故障仍未消失。對信號轉換板二次回路接線進行查看，也無松動現象，初步判斷為數據采集系統故障，更換模數轉換板后，電流反饋正常，故障排除。

原因分析：霍爾傳感器檢測電機的輸出電流，并將電流值輸送到信號轉換板進行處理，系統接口板將收集到的變頻器輸入及輸出信號輸送到模數轉換板，模數轉換板再將收到的信號進行轉換后傳到微機板[4]。由于模數轉換板出現故障，使得電機電流反饋增大，導致變頻器的電機電流反饋值超過了設定過流值，引起變頻器跳閘。

3.2 外部通信故障處理

外部通信故障在實際運行中比較常見，主要有通信報警、通信故障等，主要是由于通信接口板故障、光纖衰耗、光纖連接頭脫落、變頻器采集板故障、電源板故障等引起的。這類故障通常是根據故障報文對易發生故障的部位進行逐一檢查排除[5]。

故障實例：2021 年6 月7 日，某電廠6 號機組凝結水泵變頻器運行中跳閘，故障報文顯示為通信故障。機組人員對變頻器回路元件運行狀態確認無異常后，復位信號后故障消失，試投該機組凝結水泵變頻器正常，但運行16h后再次跳閘，報文顯示仍為通信故障。檢修人員將變頻器斷電，查看通信接口板件無異常，更換一個新的接口板后，故障現象仍存在。進一步查看光纖接頭，未存在松動、脫落現象，測試光纖的衰耗值也在正常范圍內，排除光纖故障。之后，檢修人員利用替換法更換變頻器采集板、工控機后，故障仍未排除。檢修人員將變頻器控制電源上電后，發現變頻器電源板指示燈閃爍，斷開電源重新上電后指示燈不亮，初步判斷是電源板故障，更換新的電源板后，故障消失。該機組凝結水泵投運后，運行正常。原因分析：該電廠6 號機組凝結水泵變頻器投運時間超過4 年，長期帶電運行導致電源板元件老化發生故障。建議裝置電源運行4 ～5 年后更換，同時保證冷卻風機正常運行，防止變頻器過熱導致電源板元器件出現過熱損壞。

3.3 功率單元過電壓/欠電壓故障處理

功率單元過電壓/欠電壓指的是功率單元檢測輸入側電壓超過或低于內部整定值的故障現象。過電壓的主要原因是：電網側電壓過高；功率單元出現故障；主控箱光線板出現故障；CPU 故障等。在實際中最常出現的故障是功率單元故障，功率單元經常發生熔斷器故障、單元控制板故障、光纖故障等。熔斷器故障一般按照人機界面顯示的故障信息，查找到相應的熔斷器，更換即可。功率單元控制板是實現功率單元通訊、控制的設備。在實際運行中，由于粉塵過多會讓控制板上的元件散熱不好，如果濕度大的話，還會腐蝕元器件的管腳，導致控制板損壞。需要定期將變頻器功率單元解體后清掃，徹底清理干凈后回裝，能大大減少單元控制板故障[6]。光纖故障一般需要排查光纖、熔斷器、光纖板，及時更換損壞的部件。發生欠電壓的主要原因是：電網側電壓偏低；功率單元控制板出現故障；輸入側整流回路故障；電網斷電等。處理措施：加強對變頻器輸入電壓的監測，使其在正常的范圍內波動，過高或過低就會出現過電壓、欠電壓情況。重點檢查電源輸入側線路的接線有無松動，并進行緊固；用示波器測試三相輸入電壓，查看電源的波形是不是正常。

3.4 變壓器過熱故障處理

變壓器運行溫度是由溫度開關監控的，當實際運行溫度超過設定值時，就會發生變壓器報警1 次，超溫運行時間超過30s，變壓器就會發出超溫信號，同時變頻器跳閘。變壓器過熱有輕度過熱和重度過熱兩種情況。輕度過熱主要是由于冷風機故障；進、出風口不通暢；設備過載；運行環境溫度高；溫度控制器過熱報警參數不合理；溫控儀故障等原因引起。處理措施：查看變壓器的進風口是否有堵塞，及時疏通；查看冷風機參數是不是正常；檢查變壓器繞組接觸是不是良好；查看有無設備過載運行等。變壓器重度過熱主要是運行環境溫度過高，冷卻風機故障、溫度控制儀故障等原因導致的。處理措施：變頻器運行環境溫度不能超過40℃，要定期檢查變頻器小間室內的通風情況，在進入夏季前定期清理濾網；檢查功率柜進風口風量是不是正常，必要的話安裝風扇或空調；查看冷卻風機運行是否正常；檢查變壓器的副邊接線有無存在短路情況，絕緣是否良好，絕緣片或絕緣柱有無變形、老化等情況，及時更換或緊固。

3.5 變頻器啟動即跳閘故障處理

出現這種故障的主要原因是：變頻器輸出到電機回路有短路、缺相等情況；功率單元有局部短路或驅動板故障；主控板輸出信號不良等。處理措施：短路、缺相等故障要檢查電機是不是正常，尤其是工頻電流是不是在正常范圍內；檢查輸出電纜的絕緣情況，有無絕緣破損；輸出電壓的互感器絕緣情況；接線柜的輸出螺栓有沒有松動、燒斷等情況。根據檢查的結果，及時更換元件或緊固部件。功率單元局部短路或驅動板故障要先檢查功率單元報警模塊，更換模塊后故障仍不能排除，則需要進一步檢查，排查故障單元。具體流程是：斷開高壓電源，在做好防護措施的基礎上，將功率單元的三相輸出銅排拆開，接通高壓電，用萬用表測試某功率單元的輸出電壓值，之后再逐一測試其它功率單元的輸出電壓值，找出與其它功率單元輸出電壓值差別大的功率單元，即為故障功率單元，再進一步排查故障點。主控板輸出信號不良，一般只需要更換主控板即可。

3.6 其它故障處理

在實際運行中，高壓變頻器還有一些出現頻率低的故障，主要有調制板回路故障、DCS 遠程不能調節變頻器頻率故障、變頻器UPS 電源故障等[7]。調制板回路故障主要是調制器板故障、單元配置故障等，出現這類故障后將發生故障的調制板更換即可。平時檢修過程中，要檢查控制板上的電容有無鼓包現象，要定期檢測電容的容量、絕緣電阻值是不是在正常的范圍內，溫度、損耗等參數是不是正常。出現DCS 遠程不能調節變頻器頻率故障后，要先檢查PLC 模擬輸出與輸入信號是不是對應，再檢查信號調整板，如果都沒有問題的話，可能是主控板故障，更換主控板即可。變頻器UPS 電源故障多是由于蓄電池性能下降、損壞，以及上級電源短路、失電、電纜短路等導致。查看線路連接情況，及時恢復UPS 輸入側電源。在檢修過程中，最好每年更換一次蓄電池，可以大大減少UPS 電源故障報警、跳閘次數，還能延長UPS 裝置的使用壽命。

4 結束語

高壓變頻器結構復雜，電子元件多，加上火電廠運行環境的影響，易發生故障，且故障類型多種多樣，影響設備正常運行。高壓變頻器故障中有的可以根據故障代碼進行排查，但很多故障不是單一原因引起的，需要根據實際情況從多個方面進行排查。火電廠相關技術人員要做好高壓變頻器的日常維護及定期檢修工作，重點排查易發生故障部位，定期更換零部件，定期清掃設備元件上的積塵，實時關注變頻器運行工況，排除隱患，降低高壓變頻器的故障發生率，確保高壓變頻器正常運行。