高压变频器故障跳闸异常分析
高压变频器通过调节电动机的运行频率来调节电动机的负载出力，减少了调节门等的截流，达到节能的效果。异常描述近年来高压变频器异常停运统计(1) 引风机变频器① 2013年08月06日，1B引风机变频器A6功率模块过热跳闸。② 2013年09月14日，2B引风机变频器A6功率模块过热跳闸。③ 2013年12月19日，1A引风机变频监视器、接口板和控制器间通讯中断，运行中跳闸。④ 2014年08月31日，2A引风机变频器变压器温控器误动跳闸。⑤ 2014年10月28日，2B引风机变频器B5、C5功率模块发驱动故障，机组调试时开启变频器后跳闸，检查散热损坏造成多个元件损坏。⑥ 2015年02月26日，2A引风机变频变压器温控器误动，运行中跳闸。⑦ 2015年03月15日，1A引风机变频器失去辅助电源后，运行中跳闸。⑧ 2015年10月15日，2B引风机变频器C3功率模块输出丢波引起引风机电流晃动。⑨ 2015年10月份，1B引风机变频器C2功率模块输出丢波引风机电流晃动。⑩ 2018年07月27日 ，1B引风机变频器2号变压器烧损，1B引风机变频器C6功率单元电解电容炸裂。⑪ 2019年01月04日，2B引风机变频器B1模块驱动IGBT和控制板故障，运行中跳闸。⑫ 2019年08月11日，2A/2B引风机变频器运行中控制电源和操作电源同时失去，运行中跳闸。⑬ 2019年11月14日，2B引风机控制系统异常，运行中停运。(2) 凝泵变频器① 2009年03月30日，1B凝泵变频器A1、A2、A3功率模块过热跳闸。② 2016年05月31日，1B凝泵变频器过压保护动作跳闸。③ 2017年07月18日，1B凝泵变频器A4、B1功率驱动故障跳闸。④ 2019年08月22日，1B凝泵变频器主板故障跳闸。⑤ 2019年09月13日，2B凝泵变频器C3、B3、B6功率模块驱动故障跳闸。⑥ 2019年09月30日，2B凝泵变频器B3功率模块通讯故障跳闸。⑦ 2019年11月15日，2B凝泵变频器B2功率模块驱动故障跳闸。⑧ 2019年12月20日，1B凝泵变频器吹灰中发现A4功率模块电容损坏。2、原因分析 通过1 的统计发现:通过上述的统计，引风机变频器至今两台机组总计异常13起事件，功率模块故障7次，控制系统异常2次，电源故障2次，误动2次。可见变频器故障主要是功率模块故障造成，占54%，而驱动故障早期是由于冷却方式不合理，造成过热，元件损坏，改造成空水冷方式后主要是电容类故障造成变频停运。电源故障也通过整改增加电源的安全性。http://p0.qhimg.com/t014c41b10297683842.jpg?size=774x714凝泵变频器故障类型主要是功率模块故障，早期是过热故障，后期是电容类故障。早期是由于冷却效果不理想，增加空调数量后过热类故障消失。（1）高压变频器工作原理高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，通过移相变压器降压提供整流电源，采用功率单元输出串联达到输出可调6KV的电源。主电路如图1所示。每相功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1～Q4 IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形，6个功率单元串联输出叠加，形成6KV的可调频率的电压。如图2所示。http://p0.qhimg.com/t017082bb5388e9d0ab.jpg?size=606x459功率单元经过桥式整流电路将三相交流整流为500V直流，再经过可控IGBT逆变成频率为15-50HZ，电压为150V-580V的可调交流电，电阻电容起到稳压消谐作用。若输入电压升高，则直流母线也相应升高，造成过压，其中凝泵变频几次由于斗轮机单项接地造成不接地6KV系统非接地相电压升高，引起凝泵输入电压升高，造成过压跳闸。若电容损坏击穿，则有可能造成直流母排绝缘下降，甚至造成直流短路爆炸，进而破坏整流桥及逆变IGBT模块。若某个电容损坏开路，则直流母线的间的总容值下降，稳压效果下降，波形谐波大，直流中交流成分增加，则输出的波形与给定将存在差异，若交流成分造成等效直流电压升高，则有可能造成过压故障；若交流成分造成等效直流电压降低，也有可能使带负载能力下降，即运行电流波动。http://p0.qhimg.com/t015c928b602bbf3d4b.jpg?size=631x312电容为电解电容，金属箔为正极（铝），与正极紧贴金属的氧化膜（氧化铝）是电介质，阴极是导电材料、电解质（电解质可以是液体或固体），和其他材料共同组成。从之前爆炸的电容泄露出的液体可知，我厂变频器电容里电解质存在液体，液体受温度影响较大。电解电容寿命与环境温度以及纹波电流的大小有关。温度每上升10度，电容寿命降低一倍，以一个25度下能运行100000小时的电容计算，正常能运行12年左右，而温度上升至35度，则寿命降低一半。纹波电流指流过电容的交流分量，交流分量越大，电容使用寿命越短。同时电容还受工作电压影响，工作电压越高，寿命越低。早期变频器小室由于冷却效果差，环境运行温度高，大大降低了电容使用寿命，又由于凝泵变频器已运行10年，较引风机变频器时间长，电容已临近寿命后期，故器功率单元故障率在今年显著提高。（2）UPS工作原理及对比UPS是将380V的三相交流电整流成220V直流，再逆变成220V额定频率为50HZ单相交流电，如图4。虽然总体原理相似，但UPS相对于高压变频器还有一些区别，造成二者故障率差别巨大，两者对比表如表1。图4 UPS原理图 表1：高压变频器与UPS对比表http://p5.qhimg.com/t0195b5e42522fa11a2.png?size=561x696
综上所述，引起高压变频器最近故障率高的原因有：早期运行温度高，降低了变频器电容的寿命，同时运行时间长，已到电容使用寿命后期，功率单元电容异常造成故障，伴生的过压、爆炸应力等现象也影响功率柜其他元件的安全。3.暴露问题（1）、电解电容安全隐患高，寿命接近后期，稳定性低。（2）、大小修缺少对变频器功率单元的定期维护检测保养。（3）、停机期间变频器得不到良好的环境保护，易受潮。（4）、班组人员对高压变频器内部原理了解不深刻，故障定位能力不足。4.应对措施（1）、加强变频器日常的巡视检查，保证其运行环境保持良好，提高其运行年限。（2）、停机期间保持变频器风扇持续运行，确保运行环境干燥，封堵严密，减少驱动模块的热腐蚀、潮气、灰尘侵害，延长寿命。（3）、机组大小修制定变频器功率模块的检测维护计划，对功率模块内部电容进行电容测试实验，对直流母线进行耐压试验，测试IGBT的输出特性和转移特性等，检测模块的老化程度，及时发现问题。同时对控制系统进行输入输出检测，保护逻辑验证，老化测试，对服役年限较长的可依据保护规定年限升级控制系统，更换功率模块内电解电容和升级成当前最新模块板件，确保设备运行的稳定性。（4）、加强班组人员对变频器内部原理的培训，故障分析方法的学习。
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