火电厂高压变频器故障分析与探讨

武艺 姜烨 张振祥

华电国际电力股份有限公司邹县发电厂 , 山东 邹城 273522

摘要：随着国家对节能环保要求的进一步提高，越来越多的火电厂已经将引风机及凝结水泵等大功率重要辅机设备更换为变频驱动电机，以达到节能降耗的目的。然而在实际应用过程中，变频器故障发生概率较大，元器件更换费用较高，在紧急变频切工频过程中也会对设备造成负面影响，给电厂带来了一定的经济损失。

关键词：高压变频器；原理故障；分析策略

1 高压变频器工作原理

高压变频器一般采用目前国际流行的功率单元串联多电平技术，系统为高-高结构。高压电直接输入变频器,经过变频器内部功率系统整流、逆变后，变频器直接高压输出至电机，不需要升压变压器等部件。

每个功率单元都是一台三相输入、单相输出的脉宽调制型低压变频器，技术可靠，结构和性能完全一致，极大的提高了高压变频器的可靠性与维护性；采用叠波技术，最大限度的消除了高压变频器输出电压中的谐波含量，电压波形接近于标准的正弦波，大大改善了变频器的输出性能，是真正的“无谐波”高压变频器。

变频器一般由以下几个部分组成：制动单元、微处理单元、滤波、整流、逆变、检测单元以及驱动单元等等。它能够按照电动机的具体需求为其提供所需的电源电压，从而实现调速和节能。此外，大部分变频器都具备多种保护功能，如过载保护、过电压保护以及过电流保护等。

对于不同电压等级的高压变频系统，一般采用每相5～8个功率单元串联方案。通过主电路图，可以更加直观的了解变压器的副边绕组与功率单元以及各功率单元之间的电路连接方式：具有相同标号的3组副边绕组，分别向同一功率柜（同一级）内的三个功率单元供电。

第一级内每个功率单元的一个输出端连接在一起形成星型连接点，另一个输出端则与下一级功率单元的输出端相连，依此方式，将同一相的所有功率单元串联在一起，便形成了一个星型连接的三相高压电源，驱动电动机运行。当电网电压为6kV时，变压器的副边输出电压即功率单元的输入电压为690V，每个功率单元的最高输出电压也为690V，同一相的五个单元串联后，相电压为690V×5=3450V，由于三相连接成星型，那么线电压便等于1.732×3450V≈6000V，达到电网电压的水平。

功率单元串联后得到的是阶梯正弦的PWM波形，PWM控制，脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要形状和幅值的波形，这种波形正弦度好，du/dt小，可减少对电机和电缆的绝缘损坏，无需输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电动机也不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗也大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和传动部分的机械应力。

通过5（8）个功率单元输出的SPWM波相叠加后，可得到正弦波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，即使在低速下也能保持很好的波形。电机的谐波损耗大大减小，避免了由于输出谐波电流引起的电机发热，和转矩脉动引起的电机振动。

2 功率单元常见故障与维修

2.1 故障现象

当变频器高压电与控制电均送之后，工艺现场控制面板显示变频器无法就绪，高压变频器报警灯亮，操作柱绿灯亮，开车之后红灯闪烁一下，接着绿灯亮，但电机没有正常启动，变频器故障指示灯亮，出现“C2Link”“InputProtectionFault”“C2ControlPower”等故障，初步判断是因为调制板IVIB存在问题。更换完IVIB板后，故障仍为C2Link，判断C2单元内部短路。

2.2 故障分析及过程处理

技术人员直接将C2单元拆下，打开C2单元盖板，发现整流桥母排的位置有放电痕迹，整流二极管表面还有明显的放电焦化痕迹。通过检查单元熔丝，发现C2单元输入熔丝熔断。之后，利用三相自耦调压器进行充电测试，输入电压为100VAC时，单元直流母排电压为142VDC。将C2单元直接装入变频器，并对其进行三相自耦调压器升压实验，之后，将三相自耦调压器接入主变压器二次侧C2绕组，将C3单元直接转移到C2单元，其电压提升到430VAC，除C3单元外，所有单元的控制板电源灯全亮。为了进一步明确故障状态，给变频器送高压电，之后，变频器出现“C2Link”及“C3link”，断开高压以后进行检查，发现C2单元熔丝熔断，从而判断C2单元内部绝缘已经损坏。将C2单元更换二极管和绝缘纸后装入变频器内，并更换熔断的熔丝，送高压电后变频器投运正常。

3 调制板常见故障与维修

3.1 故障现象

本文以西门子高压变频器为例进行分析。西门子高压变频器出现致命启动中断、驱动器不通信、变频器故障报警灯亮、挤出机不能开车的故障现象。在工作中，先对控制单元和柜体进行清扫，然后重新插拔插件，之后出现输入保护、控制柜指示灯不亮、所有风机不工作、A/D硬件报警灯故障。

3.2 故障分析及过程处理

技术人员检测变频器电压输出A相、C相位3kV，而B相位6kV，其频率波动保持在40～60Hz。在开关全部关停后对A、B、C三相进行检测，A、C相电压为1.5kV左右，但B相为0，由此判断电压检测元件出现了问题，且I/O板也出现问题，从而导致数据采集不准确。直接摇出高压侧开关，在下口挂三相短路接地线，测量变频器HXG-2电源模块电压，如果此模块出现问题，变频器就报“Powersupply”，可测量TB148/50端子，带负载电压为2.1V，不带负载为5V。更换I/O板之后，风机启动，故障灯和报警灯亮；更换CPU板，风机未启动，其他故障消失，测量控制电压，三相电压不平衡。控制电源断电重启之后，风机正常运行，变频器也处于正常状态，全部恢复控制送电后风机依旧不运行，存在故障。

通过上述处理，判断是调制板出现故障。更换调制板后，报警消除，可以正常开车。通过分析原因，发现调制板数据接口的位置上存在防护漆，导致插接口本身接触不良，从而导致相关单元出现故障。进行防护漆刮磨处理，重新插接数据线，报警消失。

4 回路接线常见故障与维修

高压变频器的控制系统包含主控板、信号板、触摸屏等，任何部件出现损坏，都会对系统的正常运行产生直接影响。在系统运行过程中，风机变频器外部出现故障，在短时间内电压消失，在恢复过程中电源出现跳闸现象，最终显示为失压重启跳闸。

通过测试与检查发现：在高压变频器及电机电源接线正确的情况下，风机变频柜中的高压相线交叉接线出现了错位的现象，导致短时间失压，在重启之后又会出现跳闸的现象。在使用高压变压器的过程中，部分高压变压器不具备在短时间失压之后重启的功能，所以，当其出现电源短时间失压之后，电压再恢复是不会重启的。综上可知，高压变频器虽然拥有失压之后的重启功能，但电路若在接线方面出现错误，将会影响其功能的实现，即无法有效重启。

针对这一故障，最好能与技术人员、厂商相互沟通，全面检查内部电路的实际接线情况，及时纠正出现错误的线路。

5 结语

变频器作为一种智能设备，整体结构比较复杂，任何一个元器件发生故障会使其不能正常工作，检修维护人员只有掌握变频装置的工作原理，了解其工作要求，熟悉变频器的结构和各部份的主要作用，在工作中不断总结经验，提高维护及检修水平，才能确保其能长期稳定运行，发挥其应有的性能。

参考文献

[1]姜茹,解险峰.火电厂高压变频器控制与保护设计分析[J].电气应用,2014,(6):59-63,81.