北京京能熱電股份有限公司 云宇力

1.引言

隨著電力電子技術的發(fā)展，現(xiàn)在對于電壓、電源的控制要求也越來越高，相配套的高壓或者低壓變頻器的結構越來越復雜，對于高壓變頻器而言，要保證其正常穩(wěn)定可靠運行，必須要對高壓變頻器實施日常維護，同時要對日常發(fā)生的一些常見故障進行簡單的故障診斷和故障處理，只有這樣，才能夠實現(xiàn)高壓變頻器服役壽命的最大化。

本論文主要結合目前主流的高壓變頻器的內部結構，對其進行詳細的分析，給出常見的故障類型及其原因分析，并對日常維護給出具體的建議與措施，從而能夠實現(xiàn)對高壓變頻器的有效維護和保養(yǎng)，延長其服役壽命，并以此和廣大同行分享。

2.高壓變頻器概述

2.1 高壓變頻器結構

高壓變頻器是近幾年逐漸發(fā)展起來的一種應用十分廣泛的變頻器，它和過去傳統(tǒng)的采用液力耦合方式或者串級調速實現(xiàn)的電機調速方式是一樣的，只是采用改變電機運行電源頻率實現(xiàn)對電機調速的目的。目前，高壓變頻器不管是通用的還是專用的，其內部的結構都是相通的，主要包括三個部分：一是主電路接線端，包括接工頻電網的輸入端(R、S、T)，接電動機的頻率、電壓連續(xù)可調的輸出端(U、V、W)；二是控制端子，包括外部信號控制端子、變頻器工作狀態(tài)指示端子、變頻器與微機或其他變頻器的通信接口；三是操作面板，包括液晶顯示屏和鍵盤。

通用變頻器由主電路和控制電路組成，其中，給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分稱為主電路，主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱平波回路）和逆變器等。

2.2 高壓變頻器工作原理

高壓變頻器內部主要是由整流器、逆變器、中間直流環(huán)節(jié)和控制電路等構成。高壓變頻器主要是通過改變電流的高壓與低壓的狀態(tài)，從而改變電源頻率達到電機調速的目的。因此，具體來說，高壓變頻器的工作原理可以按照其結構構成部件的工作原理來理解：

(1)整流器

電網側的變流器為整流器，它的作用是把工頻電源變換成直流電源。三相交流電源一般需經過壓敏電阻網絡引入到整流橋的輸入端。壓敏電阻網絡的作用是吸收交流電網浪涌過電壓，從而避免浪涌侵入，導致過電壓而損壞變頻器。

(2)逆變器

逆變器的作用與整流器相反，逆變器的主要作用是為了將直流功率轉換為所需要的交流功率，通暢逆變器安置在負載側；逆變器最常見的形式就是采用6個半導體開關器件組建成三相橋式逆變電路，從而完成從直流到交流的逆變過程。

(3)中間直流環(huán)節(jié)（平波回路）

中間直流環(huán)節(jié)，也稱平波回路，其主要作用是使脈動的直流電壓變得穩(wěn)定或平滑，供逆變器使用；通過開關電源為各個控制線路供電；同時，可以配置濾波或制動裝置以提高變頻器性能。

(4)控制電路

控制電路主要是將變頻器在整流、逆變及中間直流儲能環(huán)節(jié)上的各種電壓、電流信號傳輸給相應的整理器、逆變器、微機處理器以及其他電路部件等，通過對這些電氣信號的采集、檢測與控制，實現(xiàn)電路的開關作用或者對交流直流電壓電流轉換的控制作用，并能夠依據(jù)這些控制信號實現(xiàn)對變頻器的狀態(tài)監(jiān)測，從而提供故障診斷和保護的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.高壓變頻器日常維護建議與措施

3.1 常見故障分析

高壓變頻器在運行過程中，對于一些常見的故障是有必要掌握的，以便進行簡單故障的快速排除。對于高壓變頻器而言，其常見的故障主要有以下幾類：

(1)通電開機后不響應

高壓變頻器由于內部電壓經過多重斷路器、變頻線圈，因此結構相對較為復雜，很容易引起一些無法察覺的細微故障，而通電后開機不響應就是最常見的故障之一。造成這類故障的主要原因是插頭松動或者熔斷絲燒壞，如果插頭和熔斷絲都沒有問題，則需要進行細致檢查，檢查有無碰錫、碰線或者細小金屬顆粒落在電源進線之間造成短路或者斷路，同時還需要檢查線路板是否有灰塵、水滴等常見故障導火索。

(2)變頻器無法帶負載啟動

高壓變頻器空載工作時一切正常，但是一旦帶負載則無法啟動，造成這類故障的主要原因是由于采用了恒轉矩負載啟動方式，因此對變頻器啟動的加減速時間的設定是否有誤，通暢選取合理的加減速時間即可解決這個故障。

(3)變頻器功率已經上升，但是電機轉速仍然很低

高壓變頻器啟動后功率上升很快，但是電機輸出轉速很低，導致系統(tǒng)無法高速工作，通暢這是由于頻率增益設定不合理導致的，只要適當改變頻率增益即可排除故障。

(4)變頻器重載過流

高壓變頻器往往在運行期間，負載突然加重，導致電機轉速急劇下降，電流急劇增加，最終燒毀電機，損壞變頻器。造成這一故障的原因主要是電機本身存在電氣故障，如果確認電機不存在電氣故障，則需要對電機與變頻器之間的傳動比進行修正，適當增大傳動比，能夠有效的提高變頻器帶重負載的能力，從而避免了出現(xiàn)變頻器重載過流故障的出現(xiàn)。

(5)過電壓停機故障

高壓變頻器在運行過程中，其直流母線上承載的電壓最大，因此一旦此處的電壓保護器損壞，則整個高壓變頻器就容易引起故障。要避免變頻器由于過電壓而發(fā)生停機故障，就要確保在直流母線上的過壓保護器的正常工作，這可以通過并聯(lián)反向鉗位二極管實施保護，或者采用電容防擊穿實現(xiàn)對過電壓的保護。

3.2 日常維護建議與措施

(1)運行維護

高壓變頻器在運行期間，不僅需要記錄各項儀器儀表的參數(shù)，同時也要對變頻器進行簡單的運行維護，主要可以從下面幾個方面實施：

①嚴格控制變頻器單元柜出風口的溫度

高壓變頻器在運行期間，單元柜出風口的溫度會很高，同時引起周圍環(huán)境溫度的升高。為了保持變頻器的穩(wěn)定可靠運行，單元柜出風口的溫度要進行合理的控制與降溫措施，例如可以采用風冷或者空調制冷，也可以采用水冷，或者根據(jù)控制電氣對象的運行規(guī)律做周期性的停機休整，從而實現(xiàn)對變頻器運行期間的維護。

②保證變頻器運行環(huán)境的通風

變頻器運行會引起周圍環(huán)境溫度的升高，而且線圈溫度升高后如果得不到及時的散熱或者冷卻，容易引發(fā)事故，為此，必須要保證變頻器運行環(huán)境的通風，將變頻器運行的現(xiàn)場環(huán)境打掃干凈，清理防塵濾網，必要時可以采用其他輔助散熱降溫措施。

(2)停機維護

高壓變頻器每運行一段周期之后，就需要停機休整，在停機期間對變頻器進行有效的維護與故障排除。首先，在停機期間可以檢查變頻器的所有電氣連接，檢查插頭是否松動，開關是否能夠正常合閘等；其次，在停機期間可以檢查變頻器地線的可靠性，借助于電氣檢測設備實現(xiàn)對等電位連接、電氣螺栓虛假連接等情況的復查；最后，停機期間，應當對單元柜內部進行通風、吸塵清理以及相關電氣部件的檢查，發(fā)現(xiàn)故障應當選擇維修或者更換相應電氣部件，從而提高變頻器運行期間的穩(wěn)定性和可靠性。

(3)日常維護

要保證高壓變頻器的正常工作，將其服役壽命實現(xiàn)最大化，除了要對高壓變頻器進行有效的運行維護和停機維護之外，還必須要對高壓變頻器進行有效的日常維護和簡單的故障診斷。對于高壓變頻器的日常維護，其目的主要是為了降低故障的發(fā)生概率，將一些常見的故障扼殺在萌芽狀態(tài)中，因此，對于高壓變頻器日常維護，主要從以下幾個方面入手實施：

①定期清洗防塵濾網

變頻器柜門防塵濾網容易積累灰塵，一旦發(fā)生堵塞，會導致冷卻風路不通暢，進而引起變頻器內部線圈溫度急劇升高，容易引起停機甚至是引發(fā)安全事故。因此對于高壓變頻器的日常維護，最為重要的一條就是要對防塵濾網定期進行清洗，以保障變頻器冷卻風路的暢通，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的風冷。

②定期檢查電氣連接螺栓

變頻器長時間運行之后，由于長期工作在震動工況條件下，因此電氣連接螺栓會發(fā)生松動以及虛假連接的情況，因此最好每隔一段時間，就對變頻器進行一次全面細致的電氣連接螺栓檢查。

③實時監(jiān)控線圈溫度

高壓變頻器正常運行時，一次繞組側和二次繞組側的線圈的溫度應該是在一定范圍內的，如果線圈溫度異常升高，則表明變頻器內部發(fā)生故障，因此需要對變頻器的線圈溫度進行實時監(jiān)控。對高壓變頻器進行日常維護的一個重要方面就是記錄變頻器線圈的溫度，同時還要對變頻器運行的環(huán)境溫度進行檢測，確保變頻器正常運行的環(huán)境溫度不高于40℃。

(4)日常維修措施與建議

當需要對高壓變頻器進行檢修與維護時，必須要根據(jù)不同類型的檢修任務和故障實施有針對性的日常維護檢修，具體來說，可以從以下幾個方面著手實施：

①維護檢修時，必須要遵守高壓電氣設備操作規(guī)程，戴絕緣手套，穿絕緣鞋，戴安全眼鏡，檢修維護時必須有旁人在現(xiàn)場進行協(xié)調與調度，以防發(fā)生事故。

②對高壓變頻器進行內部部件檢測時要十分小心，避免由于檢測儀器接線端子和變頻器內部電氣部件發(fā)生短接或者引線接觸而發(fā)生短路事故，嚴重時可引發(fā)變頻器燒毀事故。

③禁止在柜門打開的情況下運行變頻器或者對變頻器上電。

④當變頻器發(fā)生故障需要檢修時，盡量采用更換電氣部件的方式實現(xiàn)故障檢修與排除，但是必須要保證更換的電氣部件的規(guī)格型號與原電氣部件要完全一致。

⑤變頻器的功率單元屬于特殊精密儀器，對功率單元進行維護操作應交相關廠家進行，避免由于誤操作而損壞的變頻器心臟這一核心精密儀器。當需要對變頻功率單元進行更換時，要確保更換在停機五分鐘之后進行，避免由于瞬時斷電而造成更換的功率單元的損壞。

4.結語

高壓變頻器已經越來越廣泛的應用于工業(yè)生產生活的各個方面，對于保障工業(yè)生產和生活具有重要的影響。高壓變頻器一旦發(fā)生故障，對于電力系統(tǒng)供應、工業(yè)生產和生活等都會產生嚴重的影響，因此必須要加強對高壓變頻器的日常維護。本論文對于高壓變頻器的常見故障進行了分析探討，并有針對性的給出了日常維護的建議和措施，對于高壓變頻器的維護和故障管理具有很好的促進意義。當然，高壓變頻器內部的結構很復雜，很多故障類型和日常維護方案本論文限于字數(shù)無法一一涉及，因此更多的故障診斷和日常維護方面的技術問題有待于廣大電力工作者的共同努力，才能夠最終實現(xiàn)高壓變頻器的有效維護和管理。

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