變頻器故障分析及處理

引言

A公司近些年變頻器問題頻發(fā),元器件時常會發(fā)生保護功能頻繁動作、失效、燒壞等故障情況,甚至影響機組運行安全。在實際工作過程中,變頻器發(fā)生故障,硬件方面的品質(zhì)問題是一方面原因,維護不當(dāng)也是造成故障的重要因素。對于硬件問題,應(yīng)進行仔細的檢測,以便找到故障點,維修或更換硬件,搜索重點是單片機系統(tǒng)外的電路。另一方面,在使用和維護方面也會出現(xiàn)問題,可從保護功能運行時顯示的信息和變頻器的自診斷兩方面分析這類故障,采用適當(dāng)?shù)姆治鍪侄握页鱿鄳?yīng)的故障點并進行修復(fù)。

1常見故障類型及處理方法

1.1過載故障

過載故障在西門子高壓變頻器面板上顯示為"ExcessiveDriveLosses"。這種故障通常包括電機過載和傳感器過載,造成這種故障的主要原因包括加速時間短、負(fù)載過大、直流制動量過大,可以通過延長制動時間和加速時間來修復(fù)。

2016年4月4日,啟動#4高壓給水泵變頻器,當(dāng)高壓電源接通時,因過載故障而跳閘。分析表明,在變壓器長期不運行后,變壓器的絕緣介質(zhì)發(fā)生變化,由于加速時間短,第一次通電時會產(chǎn)生沖擊電流:同時,變換器功率單元的電解電容器在通電時也會產(chǎn)生沖擊電流,因為電容器上的電壓不能突然變化,所以電流必須突然變化。在電流突變?yōu)轱柡碗娏鲿r,實際功率也會超出額定功率,然而基于變頻器本身的特性,在實際功率超過95%的額定功率的情況下,變頻器會實施自我保護動作(具體可參考說明書）,遂發(fā)生跳閘。所以,若變頻器長時間停運后第一次上電,一定要緩慢升壓上電,從而延長加速時間,進而避免此類故障的再次發(fā)生。

1.2過流故障

過流故障是十分常見的故障類型,在面板上顯示為"IoC",可以從電源負(fù)載、板卡、端子排接觸等方面找產(chǎn)生故障的原因。

(1）當(dāng)電源電壓缺相或超過極限時,對于電壓過高或過低應(yīng)及時調(diào)整。無論電源缺相還是變頻器輸出缺相,都會導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)矩減小引起過電流故障。

（2)變頻器設(shè)定值不適合。2015年7月5日,#6高壓給水泵變頻器發(fā)生過電流跳閘,經(jīng)檢查分析為1o板誤報,且電流過載保護參數(shù)設(shè)置得略低,故在更換板卡之后將1o板電流過載參數(shù)由1.5改為2,此后未再發(fā)生此類故障。通常,在參數(shù)設(shè)置正確后,變頻器可以恢復(fù)正常工作,并可根據(jù)實際情況調(diào)整相關(guān)參數(shù),以獲得更好的控制效果。

（3)負(fù)載側(cè)過載或短路,可重點檢查電機噪聲和干擾現(xiàn)象:負(fù)載側(cè)短路或接地,可由兆歐表檢測。

（4)電流互感器損壞。這種故障的具體表現(xiàn)是:變頻器主電路通電,在變頻器啟動前有電流顯示且電流在變化,即可判斷互感器已經(jīng)損壞。

（5)如果連接插件插不緊,會造成電流或電壓反饋信號線接觸不良,導(dǎo)致過電流故障時有時無。例如,2015年12月21日,#4高壓給水泵變頻器跳閘,檢測為過電流故障,在排查分析后,發(fā)現(xiàn)端子排無測量電流輸出,遂立即緊固端子排,后恢復(fù)正常。

1.3單元件損壞

隨著變頻器運行時間的日益累積、使用頻率的不斷升高,硬件方面的品質(zhì)問題在所難免。2015年12月3日,#4凝結(jié)水泵變頻器報"Powersupply"（電源故障)致停機跳高壓,根據(jù)此報警信息,首先推斷此故障為直流＋5V/±12V相關(guān)故障,現(xiàn)場測得UPs電源電壓:5V、-12.07V、＋12.08V,電源正常:幾次重啟后,電源正常。然后根據(jù)導(dǎo)出的報文看出,在此故障不久后報出"ModulatorwatchdogFlt"。即調(diào)制板與功率單元建立的數(shù)據(jù)命令更新,當(dāng)調(diào)制板因故中斷軟件未能監(jiān)測到新的數(shù)據(jù),才會被檢測出故障,故由現(xiàn)場狀況及測量結(jié)果推斷為調(diào)制板自身因故誤檢測故障。然后更換調(diào)制板,變頻器運行正常。

通常,與機組損壞有關(guān)的故障應(yīng)以故障信息作為線索進行分析,對損壞的單個部件應(yīng)采用適當(dāng)?shù)臋z測方法進行修理或更換。

1.4變頻器過電壓

當(dāng)變頻器報出"Lineovervoltagefault"或"Lineovervoltage",意味著過電壓故障,電壓故障出現(xiàn)概率總的來說比較高,主要原因是電機同步轉(zhuǎn)速比實際轉(zhuǎn)速要高一些,這樣一來,電動機就會處于發(fā)電狀態(tài),導(dǎo)致變頻器輸入電壓有效值比額定輸入電壓要高,且變頻器沒有安裝相應(yīng)制動單元。拖動大慣性負(fù)載時,變頻器的減速時間設(shè)定較小,減速過程中輸出速度較快,負(fù)載通過自身電阻緩慢減速,使負(fù)載驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速高于變頻器輸出頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。電機處于發(fā)電狀態(tài),變頻器無能量反饋單元,因此變頻器支路電壓升高,超過保護值。

2013年6月22日,#2凝結(jié)水泵變頻器疑似出現(xiàn)此類故障,當(dāng)時變頻器轉(zhuǎn)速反饋出現(xiàn)故障,初步分析為變頻器轉(zhuǎn)速與電機轉(zhuǎn)速未能同步,后檢查控制板件均無異常,重新上電后正常。在出現(xiàn)此類故障的情況下,可使用電壓表檢查系統(tǒng)接口板上測試點（V1A/TP1、V1A/TP2、V1A/TP3)的電壓。額定輸入電壓值為3.8V左右,超過4.2V就會觸發(fā)過電壓條件,可以通過增加制動單元或修改變頻器參數(shù)（調(diào)整變頻器的減速時間)來處理這種故障。

2故障診斷方法

針對變頻器的實際故障,應(yīng)認(rèn)真分析故障原因。首先,在排除變頻器外圍電路、電機故障以及相關(guān)機械故障后,應(yīng)查詢變頻器的指示及其故障現(xiàn)象,包括故障發(fā)生前后外部環(huán)境的變化,如負(fù)荷變化、功率波動等,從這些角度出發(fā)來分析故障原因。另外就是檢查發(fā)生故障的設(shè)備、確認(rèn)損壞的具體部位,初步分析維修使其恢復(fù)的可能:基礎(chǔ)工作完成之后就要開始分析電路,根據(jù)損壞元器件的位置,仔細研究該變頻器相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu),結(jié)合故障現(xiàn)象,對電路故障進行分析診斷。

常見故障診斷方法有以下幾種類型:

2.1故障樹診斷法

首先列舉出常見的變頻器故障類型,然后從硬件、環(huán)境和人為因素等方面分析故障產(chǎn)生的直接原因,將它們通過邏輯關(guān)系聯(lián)系起來,再利用故障樹診斷方法從下到上逐步進行檢查,直到找出故障原因。該方法在面對更多的故障時會更加方便快捷。

2.2對比診斷法

對比診斷法指通過對比現(xiàn)象找到故障原因,比如比較切斷電路和不切斷電路的現(xiàn)象:又比如更換某一元件和不更換該元件,比較產(chǎn)生的不同現(xiàn)象。例如,2014年11月25日,#21凝泵啟動時報警,顯示B2模塊故障,隨即更換#6機凝泵變頻器B1模塊后啟動正常。該例中,如果更換模塊后故障現(xiàn)象相同則表明故障仍然存在,就排除了與B2模塊有關(guān)的可能性:如果故障現(xiàn)象消失,就表明B2模塊確實是故障源。

2.3自動診斷與人工結(jié)合法

變頻器可以自動診斷故障的性質(zhì)和位置,但不容易找出故障原因。在這種情況下,結(jié)合人工診斷方法,根據(jù)自動診斷的信息,列舉出可能導(dǎo)致此信息出現(xiàn)的故障,逐一排查疑點,即可縮小檢查范圍,快速檢測出故障原因和位置。

3結(jié)語

電動機是最常見的用電大戶,但大多具有節(jié)能潛力,大力發(fā)展變頻技術(shù)是時代賦予我們的神圣使命。變頻器的維護和故障排除是一項長期的任務(wù),加強變頻器維修人員的培訓(xùn)尤為重要,變頻器維修人員必須全面掌握變頻器故障分析方法和維修常識,公司應(yīng)組織維修人員到設(shè)備廠家進行專項培訓(xùn)。

另一方面,應(yīng)注意變頻器部件老化引起的頻繁故障。變頻器控制單元中電子元件的正常壽命為5～10年。在使用壽命期間,故障率將隨著時間推移顯著增加。做好變頻器壽命評估十分重要,應(yīng)定期進行升級改造來減少因元件老化導(dǎo)致的故障頻發(fā)情況,但檢修時移相變壓器、旁路單元等元件可以保留,以節(jié)省費用。