6kV高壓凝泵變頻器故障原因分析

摘要：目前，6kV高壓變頻器已經在電機拖動機械調速系統中得到廣泛應用，高壓變頻器的使用大幅度提高了電機運行效率，但高壓變頻結構復雜、維護難度大，是廣大設備用戶面對的一大難題。文章通過一例6kV高壓凝泵變頻器故障原因分析，從現場設備故障情況分析變頻器的故障起因，從而找到故障的處理辦法。

關鍵詞：高壓變頻器；凝泵變頻器；變頻器故障；電機拖動；機械調速系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM344 文章編號：1009-2374（2015）22-0131-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.064

1 事件經過

2014年12月21日07∶33∶39，1號機組1A修1A凝泵變頻器完成后設備試運過程中1A凝泵變頻器發“輕故障”、“重故障”報警，1A凝結水泵變頻器跳閘，聯鎖備用凝泵變頻器啟動正常。

經現場檢查設備情況，發現著火起始處為1A凝結水泵變頻器，1A凝泵變頻器A相功率柜A1、A2模塊故障著火，導致A1、A2功率模塊動力電纜接線處短路燒毀、A3受到不同程度損壞；B相功率單元柜因與A相功率單元柜距離較近受損，B相功率單元柜B1、B2功率單元也受到損壞。變頻器室內其余兩臺變頻器（1B、1C凝結水泵變頻器）正常完好。設備損壞情況：A相功率單元柜A1、A2功率單元燒毀、A3單元損壞、A1、A2、A3功率單元連接光纖、控制電纜及附件元器件燒毀、功率單元連接電纜受到高溫灼傷，B相功率單元受到高溫灼傷，B相功率單元柜B1、B2、B3功率單元及其控制附件元器件損壞。

2 故障分析

2.1 參數分析

圖1所示為1A凝泵變頻器故障前后的運行電流趨勢，在故障發生前，運行電流一直非常平穩，沒有緩慢上升或下降的趨勢。單從運行參數來看，本次故障應為突發故障。

2.2 動作情況分析

故障前狀態：時間：07∶33∶36，1A凝結水泵變頻器運行電流I：85.0375A、變頻器運行頻率F（轉速反饋）1274.1063r/min、變頻器重故障報警狀態：0（無報警）、輕故障報警狀態：0（無報警）。結合運行參數判斷：變頻器運行正常，變頻器電流、頻率均在正常范圍內，無“重故障”、“輕故障”報警。

故障時狀態：時間：07∶33∶39，1A凝結水泵變頻器運行電流發生變化，電流I由85.0375A迅速減小至0.791A、變頻器運行頻率F（轉速反饋）由1274.1063r/min減小至8.4915r/min，持續時間3s，變頻器重故障報警狀態：1（報警）、輕故障報警狀態：1（報警）。07∶33∶39，DCS發停止指令，變頻器停止。結合運行參數判斷：變頻器檢測到故障時，發“重故障”、“輕故障”報警，DCS聯鎖停機，變頻器故障保護動作聯鎖正確動作。

2.3 設備檢查

對受影響的6臺功率單元進行了解體檢查，其中A1、A2單元受損較為嚴重，其余四臺從外觀上檢查未見異常。將變頻器解體后的內部情況如下圖3所示，從圖中可以看出，故障點集中在兩個位置，交流進線熔斷器和直流側的IGBT，且A1、A2的故障現象相同。

3 原因分析

根據故障點的情況分析，可能存在以下三種可能：

3.1 熔斷器質量問題

A1功率單元熔斷器炸裂或者漏砂，燒熔物掉落引起A1和A2單元交流母排相間及相對外殼短路拉弧，由于功率單元體設計為外殼不接地，而作為直流負極回路，短路后交流電就竄入了直流系統，引起直流系統過電壓，IGBT炸裂。在這種情況下，由于從圖1已可看出，故障前電流未有上升且遠小于額定值，如果熔斷器炸裂，則熔斷器存在質量問題。

3.2 IGBT質量問題

IGBT故障炸裂后拉弧，引起直流系統短路，進一步導致交流輸入側過流，進線電纜與交流母排的搭接面過熱，最終熔斷器炸裂。

3.3 模塊老化或變頻器保護電路損壞，不能有效地保護模塊

變頻器運行中，如果一臺功率單元發生故障，由于運行水泵與電機之間轉動慣量大，將發生能量突然倒滯，造成強過流、強過壓，如果變頻器保護不及時將使多個單元的IGBT同時燒毀。

4 預防措施

第一，運行中的高壓變頻器的工作環境溫度，宜在15℃～40℃之間，移相變壓器的最高工作溫度不能超過130℃。尤其夏季溫度較高時，應加強變頻器安裝場地的通風散熱。

第二，高壓變頻器柜門上的防塵濾網通常每半月應清掃一次，如工作環境灰塵較多，清掃間隔還應根據實際情況縮短，確保周圍空氣中不含有過量的塵埃，酸、鹽、腐蝕性及爆炸性氣體。

第三，變頻器冷卻風扇運行3年應定期更換。

第四，變頻器運行中，應隨時監視負載運行情況，出現不正常情況應及時采取措施直至停機。

第五，變頻器長時間運行，停運后應檢查變頻器內部電纜間的連接可靠及變頻器柜內所有接地應可靠，接地點無生銹。所有電氣連接的緊固性，查看各個回路是否有異常的放電痕跡，是否有怪味、變色，裂紋、破損等現象。

第六，變頻器長時間停機后恢復運行，應使用2500V兆歐表測量變頻器（包括移相變壓器、旁通柜主回路）絕緣，功率單元二次回路用500V搖表檢查。測試絕緣合格后，才能啟動變頻器。

第七，變頻器長時間備用，應做好防潮、防塵措施，且溫度控制在15℃～40℃之間，有條件的應定期進行通電檢查。

第八，每次維護變頻器后，要認真檢查有無遺漏的螺絲及導線等，防止小金屬物品造成變頻器短路事故。特別是對電氣回路進行較大改動后，確保電氣連接線的連接正確、可靠，防止“反送電”事故的發生。

第九，變頻器投入運行后，根據運行實際需要及廠家技術更新應進行優化，如凝結水泵變頻器冷卻方式、功率單元加裝過電壓吸收電容、優化凝結水泵變頻器起停方式等，有效降低變頻器的故障頻率。

第十，建議變頻器生產廠家收集該批次產品故障原因，將發現問題及時與其他用戶溝通，如在其他單位運行中發現的問題（類似功率單元爆炸著火問題），對產品更新換代或升級改造避免類似事件重復發生。

第十一，優化高壓變頻器設備運行操作流程：停運變頻器時，必須先給出變頻器停機指令，禁止直接斷開變頻器輸入6kV開關電源，防止操作過壓造成變頻器

損壞。

第十二，國產電子產品本身使用壽命較短，加強對變頻器運行情況監測，設備壽命到期后堅決更換。

參考文獻

[1] 設備廠家資料說明書及維護手冊[S].

作者簡介：周治民（1974-），男，貴州人，廣東惠州平海發電廠有限公司電氣助理工程師。

（責任編輯：蔣建華）