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变频器的日常维护保养及其故障维修 |
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1 引言
近年来，变频器以其高效节能、调节方便的特点在各行各业中得到了日益广泛的应用，供水行业中，主要将大功率变频器应用于送水泵房(或称二泵房)的送水机组，充分发挥其变频调速的作用，以适应管网出水压力和流量的经常变化，从而达到调节净水厂出水压力和流量的目的，以满足市政管网的要求。同时，采用变频器不仅可通过调节其输出频率改变电机的转速和水泵的供水流量，代替以往阀门调节，达到节能的目的，而且可通过调速机组、定速机组或不同功率的调速机组的搭配运行，使其在出水压力和流量经常变化的情况下，仍能使整个机组保持高效运行，从而达到机组优化运行的目的。
2 变频器基本情况介绍
深圳市水务集团梅林水厂是深圳市供水量最大的自来水厂，94年建成投产，日设计供水能力60万吨，目前实际日供水能力近50万吨，送水泵房共有送水机组8台，单台电机功率均为1000kw，其中4台定速机组采用高压10kv电机，4台调速机组采用低压690v电机，并给低压电机配备了配套的西门子变频器, 型号为6sc3716-6fg03-z。
2.1变频器基本性能参数介绍
变频器有关技术参数(其中括号内数据为额定输入电压为660v时所对应的数值)为:
(1) 额定输入电压un:三相交流，频率50/60hz，电压(660)690v，电压波动范围:-15%-+10%;
(2) 直流线电压udn:(870)910v;
(3) 输出频率fu:u/f=常数时，0-120hz;
u=常数时，16-160hz ;
(4) 额定输出总功率sg:(1500)1568kva;
(5) 60s峰值输出总功率sgkb:(2250)2352kva;
(6) 最大连续输出总功率sdb:(1875)1960kva;
(7) 额定电流in:1312a;
(8) tsd=300s时峰值电流ib:1968a;
(9) 最大连续电流idb:1640a;
(10) 1s输入最大额定允许短路电流:
(a) 没有主开关时90ka;
(b) 有主开关时70ka;
(11) 能耗(功率损失):
(a) 在额定电流且fu=50hz时，33.5kw;
(b) 在额定电流且fu<25hz时，37.4kw;
(12) 工作温度:0-40℃;
(13) 功率因数:cosφu<0.9;
(14) 效率(功率损失)ηu:>0.97.
2.2变频器主电路由输入、整流、滤波、逆变四部分组成，三相交流电经整流滤波变为直流，直流再逆变为频率电压任意可调的三相交流电。直流中间环节并联电容，由于大电容的作用，主电路直流电压比较平稳，内阻很小，具有电压源的特性，属电压型变频器，在异步电动机的调速系统中，因电动机为感性负载，电容同时兼作缓冲无功功率的储能元件。
逆变部分采用为门极可关断晶闸管(简称gto，gate turn off thyristor)。逆变部分的每个桥臂均由一个gto(vt1-vt6)和一个反向并联的续流二极管(vd1-vd6)所组成，续流二极管的作用是为负载的滞后电流提供一条反馈到直流电源的通道，故又称为回馈二极管。逆变器采用正弦波脉宽调制(即spwm)方式，整流部分直接采用不可控二极管整流器件，使电网侧功率因数和波形大大改善。
对负载电动机而言，电压型变频器是一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行，具有不选择负载的通用性。
3 变频器的日常维护保养及其注意事项
3.1 变频器的选型及安装注意事项
变频器的选型除一般须注意的事项(如输入电源电压、频率、输出功率、负载特点等)外，还要求与相应的电机匹配良好，要求在正常运行时，在充分发挥其节能优势的同时，避免其过载运行，并尽量避开其拖动设备如水泵的低效工作区，以保证其高效可靠运行。
变频器的安装环境须尽量做到清洁无尘，并具有良好的通风散热环境，有条件的可考虑墙侧底部进风屋顶排风的通风方式，且变频器安装时，其顶部及侧面须留足最小散热距离，以利于变频器的散热，另外，变频器对环境湿度也有一定的要求，湿度过高，变频器本身的电气绝缘降低，母排等金属部分容易腐蚀，而湿度过低又容易致使绝缘破坏，一般湿度保持在40%-90%为宜。
3.2 变频器的日常巡视
认真做好变频器的日常巡视检查工作，巡视内容主要包括:周围环境温度、湿度是否合符要求，门窗通风散热是否良好;变频器下进风口、上出风口是否积尘或因积尘过多而堵塞;变频器运行参数是否正常，有无报警;整流柜、逆变柜内风扇运转是否正常;电抗器是否过热或出现电磁噪音;变频器内是否有振动或异常声音;电容器是否出现局部过热，外观有无鼓泡或变形，安全阀是否破裂;已停用的变频器加热器工作是否正常。
3.3 变频器的日常维护保养及其检修工作
认真做好变频器的日常维护保养及其检修工作，内容主要包括:
(1) 定期(如三个月)对变频器进行除尘，重点是整流柜、逆变柜和控制柜，必要时可将整流模块、逆变模块和控制柜内的线路板拆出后进行除尘。变频器下进风口、上出风口是否积尘或因积尘过多而堵塞。变频器因本身散热要求通风量大，故运行一定时间以后，表面积尘十分严重，须定期清洁除尘。
(2) 将变频器前门打开, 后门拆开, 仔细检查交、直流母排有无变形、腐蚀、氧化，母排连接处螺丝有无松脱，各安装固定点处坚固螺丝有无松脱，固定用绝缘片或绝缘柱有无老化开裂或变形，如有应及时更换，重新紧固，对已发生变形的母排须校正后重新安装。
(3) 对线路板、母排等除尘后，进行必要的防腐处理，涂刷绝缘漆，对已出现局部放电、拉弧的母排须去除其毛刺后，再进行处理。对已绝缘击穿的绝缘板，须去除其损坏部分，在其损坏附近用相应绝缘等级的绝缘板对其进行隔绝处理，紧固并测试绝缘并认为合格后方可投入使用。
(4) 整流柜、逆变柜内风扇运行及转动是否正常，停机时，用手转动，观察轴承有无卡死或杂音，必要时更换轴承或维修。
(5) 对输入、整流及逆变、直流输入快熔进行全面检查，发现烧毁及时更换。
(6) 中间直流回路中的电容器有无漏液，外壳有无膨胀、鼓泡或变形，安全阀是否破裂，有条件的可对电容容量、漏电流、耐压等进行测试，对不符合要求的电容进行更换，对新电容或长期闲置未使用的电容，更换前须对其进行钝化处理。滤波电容的使用周期一般为5年，对使用时间在5年以上，电容容量、漏电流、耐压等指标明显偏离检测标准的，应酌情部分或全部更换。
(7) 对整流、逆变部分的二极管、gto用万用表进行电气检测，测定其正向、反向电阻值，并在事先制定好的表格内认真做好记录，看各极间阻值是否正常，同一型号的器件一致性是否良好，必要时进行更换。
(8) 对a1、a2进线柜内的主接触器及其它辅助接触器进行检查，仔细观察各接触器动静触头有无拉弧、毛刺或表面氧化、凹凸不平，发现此类问题应对其相应的动静触头进行更换，确保其接触安全可靠。
(9) 仔细检查端子排有无老化、松脱，是否存在短路隐性故障，各连接线连接是否牢固，线皮有无破损，各电路板接插头接插是否牢固。进出主电源线连接是否可靠，连接处有无发热氧化等现象，接地是否良好。
(10) 电抗器有无异常鸣叫、振动或糊味。
另外，有条件的可对滤波后的直流波形、逆变输出波形及输入电源谐波成分进行测定。
4 变频器常见故障维修
变频器维修的关键是找出初始故障点和故障发生的关键原因，在维修处理故障之前，须对变频器的工作原理、结构、器件组成、功能等有深入的了解和认识，否则很难找到故障的真正原因，必要时可对相关元件器或电路板进行有针对性的替代，以排除故障，但替代前，须确保其余部件工作正常，且无其它故障存在，以防故障扩大或损坏新替代的器件。处理故障前应注意查看值班故障记录及故障前变频器的运行记录(最好有相应的电脑记录曲线)，主要包括电流、转速、绕组及轴承温度等，以便于故障的分析和检查。当出现变频器显示某类故障，但故障排除过程中却未发生相应故障的情况，此时应仔细检查故障检测元件或故障信息处理系统有无问题。
故障检查或维修时，注意须先切断电源，将变频器的输入变压器进线侧的高压柜断路器摇出，并将变频器a1、a2进线柜主开关断开，且须等断电8min电容放电完毕后，方可打开柜门进行维修，切忌停机后立即进行检查。因变频器额定运行时，其直流母排电压可达到1000v左右，且滤波所用电解电容，数量达120个，单个容量6800μf，储存了大量的电能，停机后须待电容模块前的电压平衡电阻将其放电，电压降低后(其放电时间为8min)，方可开柜进行检查。
4.1 故障信息的查询、阅读及清除
(1) 查询、阅读故障信息。在变频器预备(即“ready”)状态下，按44p，屏幕出现s44程序组对话柜，再按“p”键进入报警信息对话框，通过“+/f1”或“-/f2”键查询、阅读相应故障信息，再按“r”键回到变频器预备(即“ready”)状态。
(2) 故障信息的清除:在状态显示模式下, 输入“p597 p”，选择程序p597, 输入清除代码“11597”，按“*”键确认后，即可清空相应故障信息，再按“r”键:返回至状态显示模式。
4.2 常见故障及其处理
以下元件标号如a9、a81、a41、f1、v1等均为变频器实物及技术图纸标号，切勿与图1原理图中的元件标号混淆。
(1) group fault message 11 fuse blown
二级故障代码分别为:126 fuse blown、337 blown fuse inv2和332 blown fuse rect2。
126 fuse blown或337 blown fuse inv2一般为逆变直流输入快熔两端的电压值超过20v或快熔烧毁或安装不牢接触电阻过大，处理方法为仔细检查a6、a7柜中的f51和f52是否存在上述问题，及时更换或处理后重新安装。
332 blown fuse rect2此故障一般为a3、a4柜整流模块中至少有一个快熔已经烧毁，致使其相应的快熔监视器输出动作，停机并显示相应故障信息，此时应首先仔细检查a3、a4柜中整流模块a41、a42、a43中f1、f2快熔是否烧毁，同时还须:
(a) 对整流模块a41、a42、a43中整流二极管v1、v2进行检查，用万用表的二极管测量档仔细测量其正向、反向电阻值，看二极管有无反向击穿，如若发现反向电阻值变小或接近零，应对其进行更换;
(b) 仔细检查整流后的直流电路有无短路或异常，直流回路中的正负极母排间绝缘板有无绝缘击穿、老化、烧焦等痕迹，正负极母排尖角及转变处有无拉弧短路，母排是否因长期发热变形或短路电流的热效应致使母排碰壳或对地短路;
(c) 仔细检查a5柜中的各电容有无发热，变形、鼓泡，其顶部橡胶安全阀有无破裂;
(d) 仔细检查快熔两端连接是否牢固，快熔监视器输入、输出线接头插入是否牢固;
(e) 仔细检查至控制柜a8中的a81线路板(即ists模块)的x31插头和a9线路板的x133插头联接是否可靠，有无松动。
(f) 仔细检查至控制柜a8中的a81线路板中的f2保险有无烧毁，必要时更换。
(2) group fault message 14 overcurrent
变频器常易出现的过流代码为:125invover current、329 overcurrent inv2。
当一相或多相输出电流在15ms内连续或两次超过设定过流值的次数超过允许次数时，显示此故障信息。此时应认真对以下项目进行检查:
(a) a6柜、a7柜电流检测部分即输出电抗器l3的极性是否接反;
(b) 输出电抗器l3(对应三相分别为r11、r21、r31)至a8柜中的a8线路板即ist模块或a81线路板即ists模块之间的连接线x21、x22、x23是否牢固，插头有无松动;
(c) ist或ists模块有无损坏;
(d) a8柜中a9-a2线路板(即ics模块)损坏。
(3) group fault message 15 overvoltage
二级故障代码为:129ud>max、335ud2>max. value。
故障129表示:主电路电容滤波部分直流母线电压已超过其最大电压值。335表示:逆变部分直流母线电压已超过其最大电压值。此时应对以下项目进行检查:
(a) 取样反馈回路有无故障;
(b) 检查变频器内部相应参数设置，电机最大转矩是否设置太高，如果太高，进行相应调整;
(c) 用万用表检查输入电源电压，看输入电压是否在允许范围内，是否存在输入电压过高的问题，如输入电压长期过高，可通过调整变压器高压侧分接开关抽头位置，改变输出电压;
(d) 电网电压是否稳定，是否存在瞬时高压的可能，相当一部分故障报警是由瞬时高压所造成的。
(4) group fault message 16 overtemperature
二级故障代码分别为:137inv. overtemp.、340 overtemp. inv.2。
故障代码137表示:逆变柜内温度开关或逆变柜风扇温度检测电路板输出继电器动作时间超过4min，故障代码340表示:逆变柜内温度开关或整流柜、逆变柜风扇温度检测电路板输出继电器动作超过4min。此时应对以下项目进行仔细检查:
(a) 风扇三相电源连接是否正常，接头是否松脱，电机有无反转;
(b) 风扇转动时, 机械噪音是否过大, 风扇转速是否偏慢，如果出现此种情况，停机后用手试转，看其轴承转动是否灵活，有无机械卡死或杂音，如存在此种情况，及时更换轴承;
(c) 环境温度是否过高(高于40℃)，房间门窗是否过于严实，致使房间整体通风量不够，热量不易散发，此时应注意加强通风，改善周围环境温度，有条件的可采用墙侧底部进风，房屋顶部排风的方式，以加强空气对流;
(d) 逆变柜内温度开关老化, 致使其误动作, 及时更换;
(e) 整流柜或逆变柜风扇温度检测电路板损坏, 及时更换。
(f) 整流柜或逆变柜风扇温度检测元件老化，致使风扇温度检测电路板误动作，及时更换。
(5) group fault message 17 precharge time
常见二级故障代码为:132 precharge t > max。
其故障原因为在允许的预充电时间(可通过s50中的p393子程序进行设定)内直流母线电压没有达到预充电电压的设定值(此值与额定输入电压有关)。此时应对以下项目仔细检查:
(a) 仔细检查a1、a2柜内的预充电接触器k2和预充电电阻r1、r2、r3是否完好，电气连接是否正常;
(b) 整流部分有无故障;
(c) 直流部分有无短路或松脱;
(d) 设定的额定电压是否高于实际输入电压，或电网电压波动致使电压偏低，输入电源电压已低于设定额定电压10%以上。如额定电压设定不对，须在s43中的p545重新设定，如电网电压暂时偏低，须待电网恢复正常并且稳定后方可开机;
(e) ist电路板损坏，及时更换。
(6) group fault message 18 m-contactor
二级故障代码为:133 m-contactor 它表示主接触器或风扇合闸指令发出以后，控制线路无法检测到主接触器或风扇合闸的反馈信号。此时主要检查以下项目:
(a) 进线柜a1、a2中的主接触器k11、k12、k13是否合闸，有无故障;
(b) 控制柜a8内的控制接触器k31、k32是否合闸，或合闸后，其所有控制触头接触是否良好;
(c) 相应的控制线或反馈线是否电气开路;
(d) 控制柜a8内的ist电路板中的x42插头3、4端连接是否牢固;
(e) 控制柜a8内的ist模块损坏，及时更换。
(7) group fault message 20 overload
此故障很少出现，一般只要变频器与电机选型正确，匹配良好，调试时对电机额定参数及其保护参数正确设定之后，大型供水电机在正常运转的情况下很少出现过载故障。
在变频器调试好以后，其余故障一般很少出现，故不一一赘述。
5 案例分析
2004年2月，我厂送水泵房3#变频器在正常开机几小时后，突然发出爆炸声，停机检查，发现变频器两个进线柜均有一组主接触器拉弧，触头损坏，整流柜六个快熔烧毁，电容柜上部直流正极分支母排变形后直接对地短路，电容柜右侧直流正极母排严重变形，电容柜柜体上部及部分电容表面变黑，部分电容表面覆有铜粉，电容柜右侧上部第一组部分电容上部出现明显裂痕，并出现渗油。
针对上述故障现象，可将变频器进线柜、整流柜、电容柜背板全部拆开，进行全面检查，更换已损坏的主接触器动静触头和整流快熔。将电容柜电容组拆下，右侧直流母排松开，卸下已变形的直流正极母排，校正后重新进行安装，之后对直流母排绝缘电阻进行检查，绝缘电阻在500mω以上。对电容柜全面电容清洁除尘，并进行外观检查，检查发现除右侧第一组个别电容外，其余电容均未发现开裂、鼓泡、漏油等现象，对所有电容进行了电容容量、漏电流和耐压检查，其中多个电容不同程度存在漏电流过大的问题，个别电容漏电流甚至超过仪表检测量程。由此可知，外观无异常的电容其容量、漏电流和耐压等参数指标不一定合符要求，外观检查仅只是一种粗略的、大概的检查方式。对整流柜中的二极管好坏进行检查，经查二极管均无损坏。
究其原因，一方面因为电容使用近十年后部分老化，电气性能下降，漏电流过大致使电容发热，母排电流明显增大。另一方面可能运行时输入电源谐波分量过大，经整流后谐波分量直接叠加在基波上，其交流谐波成分致使电容穿透电流加大，发热增加，并使叠加后的线路电压出现高压。其次电容柜尖端放电现象特别明显，分枝母排转角处正负极及电容正负极出现拉弧短路，可能是由于电网的瞬间高压所造成。另外电容表面积局部轻微积尘致使绝缘电阻下降，也是导致事故的原因之一。
当局部出现短路后，在电弧作用下空气迅速电离，同时母线铜排、铜板尖端及直角尖端放电、拉弧熔化，气体铜分子迅速弥漫在电容柜上部，空气绝缘电阻急剧下降，使整个空间成为良好的导电体，短路电流急剧增加，母排发热变形，右侧顶端正极分枝母排拉曲变形后直接对地短路，致使整流柜快熔和主接触器触头在短路电流的作用下损坏。
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| 评论人署名：zhuquan007 |
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评论时间：2010/2/16 21:50:00 |
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