提高电机变频器应用可靠性

杨洋 李斌

神皖马鞍山发电公司 安徽 马鞍山 243000

摘要：结合神皖马鞍山发电公司电机变频器应用缺陷管控及故障处理，介绍了变频器应用情况。通过技术管理和攻关，降低了变频器设备故障次数，确保了变频器设备运行可靠性，实现了节能降耗。

关键词：电机变频器；技术攻关；可靠性

1. 引 言

变频器是用于电动机调速的一个智能工业电力电子电器，因为其科技含量高，功能齐全，在工业控制中得到了广泛的应用，现在还没有任何一种电器能取代电机变频交流调速。变频器也和其他电气设备一样，工作不可避免地出现各种故障，尽快查出故障根源，将故障排除，使设备恢复正常生产，是第一要务。同时，提高变频器应用的可靠性非常重要。

变频器内部控制核心是单片机。长条型结构（如下图），垂直安装，便于散热；操作面板用于变频器参数预置和控制操作。

变频器主电路（如下图），负责将三相交流电整流成直流电，再由逆变电路逆变为交流电，驱动电动机转动。电机变频控制包括运行控制、调速控制、工作状态。运行控制实现电动机起动停机、正转反转、点动功能。调速控制是变频器的主要控制功能，包括分连续调速和段速调速。报警保护和工作状态指示是变频器的一项重要功能，负载工作状态如何，电动机工作状态如何，变频器自身工作状态如何，都需要通过画面或声光的形式指示出来（报警、跳闸），供现场工程技术人员了解设备的运行情况和进行故障处理。

我国市场上流行的变频器品牌众多，变频器出现故障是有共同特点的，主要故障类型（如下图）包括过电流、过载、接地、过电压、欠压、过热、电磁干扰、通讯故障、参数设置、硬件等故障。

变频器在工作中是组成一个控制系统（如下图）。当变频控制系统出现故障时，首先要判断是变频器自身故障还是系统故障，这些故障如何排除？只有掌握变频系统故障规律，才能更加有效地将其排除。

近年来，随着节能变频控制技术快速发展，变频器在电厂应用较为广泛。由于新技术运用时间短，新设备暴露问题也多，让变频器应用可靠性较差，影响发电机组安全、环保、经济运行。

2 设备概况

神皖马鞍山发电公司共有4台330MW机组，一期#1、#2机组分别于1996和1997年投产运行，二期#3、#4机组分别于2007和2008年投产运行。近年来，经过增引合一、湿除超低排放改造，先后增加炉烟风机电机（200kw）、热媒水泵电机（110kw）等大功率变频器。

大功率变频器配置如下表：

序号	设备名称	型号	制造厂	备注
1	#1-4炉A、B热媒水泵电机变频器	ABB ACS800_04_04PHW（200kW）	ABB	8台
2	#1-4炉A、B炉烟风机电机变频器	ABB ACS510-01 （110kW）	ABB	8台

3 存在的问题

由于大功率变频器技术和控制要求较高，成本大。同时，在发电厂安全生产、节能环保中重要性尤为突出。大功率变频器故障较多，直接影响发电机组安全、经济运行和烟气超低排放，也给检修人员带来很大的工作量。

4 现状调查

我们围绕炉烟风机电机、热媒水泵电机大功率变频器设备（共16台）缺陷情况展开了调查分析，查阅变频器运行检修记录、ERP缺陷管理，调查的时间段为2019年7月至2019年12月期间，绘制变频器故障统计表（如下表4）。

表4： 2019年变频器故障次数统计表

故障类型	7月	8月	9月	10月	11月	12月	累计
变频器内部故障（次数）	0	0	1	0	0	0	1
变频器外部故障（次数）	2	3	3	1	2	1	12
DSC控制故障 （次数）	1	0	0	1	0	0	2
其他故障 （次数）	0	0	0	0	1	0	1
合计	3	3	4	2	3	1	16

结论：2019年下半年，变频器故障次数高达16次，其中变频器外部故障次数高达12次，占下半年下半年总故障次数的75%，经计算分析变频器月平均故障次数高达2.66次。大功率变频器运行可靠性差，影响机组安全、经济运行及烟气超低排放，也给检修人员带来很大的工作量。

5 设定目标

5.1目标确定依据

必要性分析：大功率变频器运行可靠性差，影响机组安全、经济运行及烟气超低排放，也给检修人员带来很大的工作量。

可行性分析：变频器外部故障为主要原因,只要解决这个主要问题,目标完全可以实现。

5.2确认目标值

活动前 活动后

活动前

6 原因分析

以问题为导向，针对大功率变频器外部故障次数多，我们系统思考，从人、机、法、料、环五个方面，结合“头脑风暴法”，寻找可能导致大功率变频器外部故障的关联因素，并绘制了变频器外部故障鱼骨图进行原因分析。

变频器外部故障鱼骨图

7 确定要因

以问题为导向，针对大功率变频器外部故障末端因素，我们结合现场检修消缺和调试进行了要因分析和问题溯源（如下表5）。

表5：

序号	末端因素	确认标准	要因分析	确认方法	确认结果
1	接线工艺差	符合电机检修接线工艺标准	#3炉B热媒水泵电机变频，由于双拼电缆在电机接线盒内留有较长，接线鼻子绝缘薄弱，运行中电机振动，间断性导致相间绝缘击穿，变频器多次过流跳。发现后及时处理，并举一反三对类似的其他热媒水泵电机按接线工艺标准重新连接。	现场验证	非要因
2	电机地脚松动	符合电机检修安装工艺标准	#2炉B热媒水泵、#3炉A热媒水泵电机振动大，发现电机地脚螺丝松动，及时联系机务加固电机基础、紧复地脚螺丝。	现场验证	非要因
3	电机轴承损坏	符合电机检修质量工艺标准	#2炉B炉烟风机电机后轴承损坏，及时更换，并对其他变频电机进行定期大修，更换电机前后轴承。	现场验证	非要因
4	电机风扇烧坏	符合电机检修质量工艺标准	炉烟风机、热媒水泵电机风扇电机经常烧坏，已做好劣化倾向管理，及时更换。	现场验证	非要因
5	控制回路故障	满足运行控制要求	#3炉B炉烟风机、#4炉B炉烟风机变频投运后，经常出现15分钟跳，经过排除调试发现KA3中间继电器误动，及时更换。故障原因属于小型继电器质量劣化。	现场验证	要因
6	机械过载	符合水泵、风机检修质量工艺标准	#2炉A热媒水泵变频器运行加速后，电机振动大，电流摆动大，盘动水泵出现一次异声，解体发现水泵轴套松脱，高速旋转时堵转导致过流跳。联系机务已修复。	现场验证	非要因
7	电气试验方法错误	符合变频器电机电气试验标准	运行人员测量变频器电机绝缘时，应联系检修人员拆除变频器输出端连接螺栓。	现场验证	非要因
8	电缆绝缘不好	电气试验合格	#4炉A热媒水泵变频器启动即跳，查为变频器输出电缆B相接地，临时单根电缆低负载运行，停机后及时更换故障电缆。	现场验证	非要因
9	环境温度高	满足变频器运行条件	定期检查变频器控制室空调运行情况，对控制柜内积灰和滤网逢停必清，及时更换控制柜故障冷却风机。	现场验证	非要因
10	通讯故障	满足变频器控制要求	变频器运行会产生较大的电场、磁场干扰，经常出现控制误动作，状态信号错误，需加设信号隔离。	现场验证	要因

8 对策制定

我们根据以上要因确认表，通过现场调查、查阅资料、小组讨论等活动，分别对两个主要因素进行对策优化,针对确定方案后根据要因确认表制定对策表（如下表6）

表6：

序号	要因	对策	目标	措施
1	控制回路故障	针对变频器控制回路故障，做好控制回路检查，核对接线，紧复端子，及时更换故障元器件，做好中间继电器劣化倾向管理和使用寿命分析。	满足运行控制要求	结合计划检修和停机消缺做好变频器控制回路清扫、检查。 按照控制图纸，核对接线，紧复端子，及时更换故障元器件。 针对小型中间继电器质量问题，做好继电器特性试验，依据继电器劣化倾向管理和使用寿命分析，及时更换。
2	通讯故障	针对变频器运行会产生较大的电场、磁场干扰，做好技术分析，采取抗干扰措施，减少或降低电场、磁场干扰，对主要的控制、状态信号加设信号隔离器。	满足变频控制要求	做好变频器控制电缆检查，电缆屏蔽、接地符合要求。 做好变频器控制电抗器、滤波器检查，满足减少或降低电场、磁场干扰要求。 做好变频器控制通讯回路检查，对主要的控制、状态信号加设信号隔离器。

9 实施

为使得目标顺利实现，我们根据主要因素对策表的三个方面积极开展以下实施步骤：

为使得目标顺利实现，我们根据主要因素对策表的两个方面积极开展以下实施步骤：

实施一：

对 策		消除控制回路故障
目 标		满足运行控制要求
措 施 一	结合计划检修和停机消缺做好变频器控制回路清扫、检查。
措 施 二	按照控制图纸，核对接线，紧复端子，及时更换故障元器件。
措 施 三	针对小型中间继电器质量问题，做好继电器特性试验，依据继电器劣化倾向管理和使用寿命分析，及时更换。

实施二：

对 策		消除通讯故障
目 标		满足变频控制要求
措 施 一	做好变频器控制电缆检查，电缆屏蔽、接地符合要求。
措 施 二	做好变频器控制电抗器、滤波器检查，满足减少或降低电场、磁场干扰要求。
措 施 三	做好变频器控制通讯回路检查，对主要的控制、状态信号加设信号隔离器。

10 效果检查

1.改造完成后调查

我们围绕16台大功率变频器设备缺陷情况再次展开了调查分析，查阅变频器运行记录本、ERP缺陷管理，调查的时间段为2020年7月至2020年12月期间,绘制大功率变频器故障统计表。

月份 故障类别	7月	8月	9月	10月	11月	12月	累计次数
高频电源（次数）	1	2	0	1	0	1	5

大功率变频器故障统计表

结论：2020年下半年，大功率变频器故障次数下降到5次，经计算分析高频电源装置月平均故障次数为0.83次,提高了大功率变频器运行可靠性。

2.目标检查

结论：大功率变频器故障次数由2.66次/月降到0.83次/月，低于目标值1次/月，目标实现。

11 结论

通过本课题的分析研究和现场试验工作可以得到如下结论：

（1）日常维护及规范化作业是变频器稳定运行的主要因素之一。

（2）变频器元器件的升级换代是提高变频器应用可靠性的有效手段。

参 考 文 献

[1] 华北电力学院《变频器故障处理》

[2] 南京国电环保《变频器使用说明书》

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