李 琦

（国能锦界能源有限责任公司，陕西 神木 719319）

在火电厂中应用高压变频器，能提升电厂运行设备的安全稳定性，而且高压变频器可以根据机组实际运行的负荷要求，向电动机提供变频电源，改变电机转速，可以降低设备运行的能耗，对于火电厂节能运行具有重要的作用。在实际应用过程中，由于火电厂高温、多粉尘、高腐蚀等环境影响，导致变频器易出现故障，影响设备的安全运行。因此，分析高压变频器常发生故障的原因，并提出相应的故障处理措施，确保高压变频器稳定运行，对于火电厂机组运行具有重要的意义。

1 高压变频器工作原理及应用优势

1.1 高压变频器工作原理

变频器是利用相应元件的通断作用将工频电源变为各频率电源的设备。虽然生产厂家不同，但高压变频器基本上是由移相变压器、功率单元及控制单元等组成。移相变压器为变频器的每个功率单元供电，功率单元是小型的低压变频器，用来接收光纤信号，输出单相脉宽的调节波形。输出过程中，利用叠波技术，降低了高压变频器输出电压中的谐波含量，让变频器的输出性能大幅提升。控制单元主要由光纤板、信号板、主控板、工控机、PLC 等组成[1]。光纤板将数据信号传递给功率单元，功率单元接收信号后进行相应的动作指令，出现故障后将故障代码传递给光纤板。信号板主要用来采集高频器的电压、电流等信号，同时将采集到的信号进行隔离、滤波后转换，为变频器控制保护提供信号。主控板利用单片机来控制电机，利用相应的通讯口来实现与工控机的数据交换，并将变频器的状态参数反映出来。工控机为用户提供监控界面，负责数据采集、信息处理和与外部通信联系，并对电机进行过载、过流保护。PLC 用来处理变频器内的开关信号以及现场操作信号，主要包括现场流量、压力等模拟输入量信号和电流、电压、功率等模拟输出量信号。

1.2 高压变频器应用优势

火电厂中应用的高压变频器具有节能降耗、保护设备，以及提高自动化水平等优势。在实际运行中，电动机在未满负荷工况下运行时，会有部分的有功功率消耗，利用变频器可以降低电动机的转速，满足实际的运行要求，减少功率消耗，尤其是在机组低负荷运行时，变频器节能效果更好。火电厂中的很多设备购置价格高，维护费用高，尽可能地延长设备的使用寿命，能大大降低火电厂的生产成本。设备启动时，利用变频器能让启动时的压力更平稳，有效减少启动过程对电机的冲击。比如，风机启动常有喘振效应，对设备冲击大，采用变频器启动，可以很好地降低喘振效应对设备的危害。在机组低负荷运行时，变频器随着负荷变化调整设备的转速，转速降低可以减少机械磨损，设备的使用寿命就会延长。高压变频器的输出频率可以灵活调整，调节的范围比较宽，而且自身的对外接口支持远程控制，与传统的调速方式相比，变频调速在动态响应、智能控制以及便捷通信等方面功能完善，自动化程度高，能提高电厂自动化控制水平。此外，高压变频器的使用，实现了电机软启动，减小了电机启动对电网的冲击[2]。

2 高压变频器的日常维护及定期检修内容

2.1 日常维护内容

高压变频器故障多是由于电厂运行环境中的温湿度、粉尘、振动等因素导致的。因此，应该加强对高压变频器的日常维护，及时排除安全隐患。检查设备装置（电动机、冷却风机等）有无异常振动、异常声音等情况；用红外线测温仪检测电动机有无存在过热现象；查看主电源的电压以及控制电源的电压是不是正常；人机界面信息显示有无异常；仪表指示值是不是在正常范围内；观察变频器界面输入电压是不是在正常范围内；查看主回路滤波电容器有无膨胀、液体泄漏等现象；检查变频器柜内的所有接地点有无锈蚀情况；检查各回路有无异常发电现象；变频器内部电缆连接螺母是否有松动现象等。

2.2 定期检修内容

高压变频器定期维护的内容主要包括：查看冷却系统中的连接部件有无松动、磨损等情况；变频器运行时检查控制回路中的各相输出电压是不是均衡，相间电压误差有没有在正常范围内；保护回路是不是正常，变频器与上级高压开关联锁是不是正常；人机界面是不是清洁，显示是不是正常；电动机的绝缘电阻是不是符合正常值；查看主回路中的变压器绝缘情况；紧固件有无存在松动情况；各零部件有无过热现象；连接导线、导体的外层有无破损现象；滤波电容器有无膨胀、液体泄漏等情况；监听继电器动作有无异常等。每次检修工作完成后，要将检修部位认真检查，防止导线、螺栓等小金属零件遗漏或清理不及时造成变频器内部短路。

3 高压变频器常见故障及处理措施

3.1 变频器过流故障处理

变频器过流故障是输出电流超过了内部整定电流值[3]。一般情况下，变频器实际电流超过额定电流120%，且这种过流的时间持续超过60s，或者是实际电流超过额定电流值150%，持续时间超过3s，变频器就会跳闸。发生故障的主要原因是：变频器主控板故障；模拟接口板检测回路发生故障；霍尔电流传感器故障；模拟接口板与电流传感器间接线有松动或接触不良等情况；电机出现过载等。在变频器检修时，要查看模数转换板有无粉尘、油污等，是否存在腐蚀现象。定期对模数转换板进行吹灰处理，用清洗剂擦拭表面，如果有腐蚀现象要进行防腐蚀处理。具体故障处理，可根据故障现象利用元件替换方式逐一排除。

故障实例：2021 年，某电厂3 号锅炉甲吸风机掉闸，发“甲吸风机变频故障”信号。出现此故障后，检修人员将变频器断电排查，一次回路中的电机、开关等均正常。变频器控制电源上电后，面板上的转速、电压等参数均显示正常，但电机的电流反馈显示异常，将霍尔电流传感器电源断开后，故障仍未消失。对信号转换板二次回路接线进行查看，也无松动现象，初步判断为数据采集系统故障，更换模数转换板后，电流反馈正常，故障排除。

原因分析：霍尔传感器检测电机的输出电流，并将电流值输送到信号转换板进行处理，系统接口板将收集到的变频器输入及输出信号输送到模数转换板，模数转换板再将收到的信号进行转换后传到微机板[4]。由于模数转换板出现故障，使得电机电流反馈增大，导致变频器的电机电流反馈值超过了设定过流值，引起变频器跳闸。

3.2 外部通信故障处理

外部通信故障在实际运行中比较常见，主要有通信报警、通信故障等，主要是由于通信接口板故障、光纤衰耗、光纤连接头脱落、变频器采集板故障、电源板故障等引起的。这类故障通常是根据故障报文对易发生故障的部位进行逐一检查排除[5]。

故障实例：2021 年6 月7 日，某电厂6 号机组凝结水泵变频器运行中跳闸，故障报文显示为通信故障。机组人员对变频器回路元件运行状态确认无异常后，复位信号后故障消失，试投该机组凝结水泵变频器正常，但运行16h后再次跳闸，报文显示仍为通信故障。检修人员将变频器断电，查看通信接口板件无异常，更换一个新的接口板后，故障现象仍存在。进一步查看光纤接头，未存在松动、脱落现象，测试光纤的衰耗值也在正常范围内，排除光纤故障。之后，检修人员利用替换法更换变频器采集板、工控机后，故障仍未排除。检修人员将变频器控制电源上电后，发现变频器电源板指示灯闪烁，断开电源重新上电后指示灯不亮，初步判断是电源板故障，更换新的电源板后，故障消失。该机组凝结水泵投运后，运行正常。原因分析：该电厂6 号机组凝结水泵变频器投运时间超过4 年，长期带电运行导致电源板元件老化发生故障。建议装置电源运行4 ～5 年后更换，同时保证冷却风机正常运行，防止变频器过热导致电源板元器件出现过热损坏。

3.3 功率单元过电压/欠电压故障处理

功率单元过电压/欠电压指的是功率单元检测输入侧电压超过或低于内部整定值的故障现象。过电压的主要原因是：电网侧电压过高；功率单元出现故障；主控箱光线板出现故障；CPU 故障等。在实际中最常出现的故障是功率单元故障，功率单元经常发生熔断器故障、单元控制板故障、光纤故障等。熔断器故障一般按照人机界面显示的故障信息，查找到相应的熔断器，更换即可。功率单元控制板是实现功率单元通讯、控制的设备。在实际运行中，由于粉尘过多会让控制板上的元件散热不好，如果湿度大的话，还会腐蚀元器件的管脚，导致控制板损坏。需要定期将变频器功率单元解体后清扫，彻底清理干净后回装，能大大减少单元控制板故障[6]。光纤故障一般需要排查光纤、熔断器、光纤板，及时更换损坏的部件。发生欠电压的主要原因是：电网侧电压偏低；功率单元控制板出现故障；输入侧整流回路故障；电网断电等。处理措施：加强对变频器输入电压的监测，使其在正常的范围内波动，过高或过低就会出现过电压、欠电压情况。重点检查电源输入侧线路的接线有无松动，并进行紧固；用示波器测试三相输入电压，查看电源的波形是不是正常。

3.4 变压器过热故障处理

变压器运行温度是由温度开关监控的，当实际运行温度超过设定值时，就会发生变压器报警1 次，超温运行时间超过30s，变压器就会发出超温信号，同时变频器跳闸。变压器过热有轻度过热和重度过热两种情况。轻度过热主要是由于冷风机故障；进、出风口不通畅；设备过载；运行环境温度高；温度控制器过热报警参数不合理；温控仪故障等原因引起。处理措施：查看变压器的进风口是否有堵塞，及时疏通；查看冷风机参数是不是正常；检查变压器绕组接触是不是良好；查看有无设备过载运行等。变压器重度过热主要是运行环境温度过高，冷却风机故障、温度控制仪故障等原因导致的。处理措施：变频器运行环境温度不能超过40℃，要定期检查变频器小间室内的通风情况，在进入夏季前定期清理滤网；检查功率柜进风口风量是不是正常，必要的话安装风扇或空调；查看冷却风机运行是否正常；检查变压器的副边接线有无存在短路情况，绝缘是否良好，绝缘片或绝缘柱有无变形、老化等情况，及时更换或紧固。

3.5 变频器启动即跳闸故障处理

出现这种故障的主要原因是：变频器输出到电机回路有短路、缺相等情况；功率单元有局部短路或驱动板故障；主控板输出信号不良等。处理措施：短路、缺相等故障要检查电机是不是正常，尤其是工频电流是不是在正常范围内；检查输出电缆的绝缘情况，有无绝缘破损；输出电压的互感器绝缘情况；接线柜的输出螺栓有没有松动、烧断等情况。根据检查的结果，及时更换元件或紧固部件。功率单元局部短路或驱动板故障要先检查功率单元报警模块，更换模块后故障仍不能排除，则需要进一步检查，排查故障单元。具体流程是：断开高压电源，在做好防护措施的基础上，将功率单元的三相输出铜排拆开，接通高压电，用万用表测试某功率单元的输出电压值，之后再逐一测试其它功率单元的输出电压值，找出与其它功率单元输出电压值差别大的功率单元，即为故障功率单元，再进一步排查故障点。主控板输出信号不良，一般只需要更换主控板即可。

3.6 其它故障处理

在实际运行中，高压变频器还有一些出现频率低的故障，主要有调制板回路故障、DCS 远程不能调节变频器频率故障、变频器UPS 电源故障等[7]。调制板回路故障主要是调制器板故障、单元配置故障等，出现这类故障后将发生故障的调制板更换即可。平时检修过程中，要检查控制板上的电容有无鼓包现象，要定期检测电容的容量、绝缘电阻值是不是在正常的范围内，温度、损耗等参数是不是正常。出现DCS 远程不能调节变频器频率故障后，要先检查PLC 模拟输出与输入信号是不是对应，再检查信号调整板，如果都没有问题的话，可能是主控板故障，更换主控板即可。变频器UPS 电源故障多是由于蓄电池性能下降、损坏，以及上级电源短路、失电、电缆短路等导致。查看线路连接情况，及时恢复UPS 输入侧电源。在检修过程中，最好每年更换一次蓄电池，可以大大减少UPS 电源故障报警、跳闸次数，还能延长UPS 装置的使用寿命。

4 结束语

高压变频器结构复杂，电子元件多，加上火电厂运行环境的影响，易发生故障，且故障类型多种多样，影响设备正常运行。高压变频器故障中有的可以根据故障代码进行排查，但很多故障不是单一原因引起的，需要根据实际情况从多个方面进行排查。火电厂相关技术人员要做好高压变频器的日常维护及定期检修工作，重点排查易发生故障部位，定期更换零部件，定期清扫设备元件上的积尘，实时关注变频器运行工况，排除隐患，降低高压变频器的故障发生率，确保高压变频器正常运行。