SH-HVF型高压变频器常见故障及处理方法

摘要：高压变频器是当前发电企业节能改造常用的设备，对于提高发电厂经济效益、降低损耗发挥着十分重要的作用。由于高压变频器的使用日益频繁，各种故障也经常发生，影响到高压变频器的正常运行。本文介绍了垞城电力有限责任公司所使用的湖北三环SH-HVF型高压变频器在运行中发生过的故障及解决办法，为其他同类型高压变频器使用单位日常维护和检查提供借鉴和参考。

关键词：高压变频器 故障 处理

SH-HVF-Y6K/1250高压变频器是由湖北三环公司制造，直接高-变换的功率6单元串联方式、逆变回路同步移相SPWM控制方法和电机矢量控制的电压源型变频器。采用单元串联，每相为6个输出电压为577V功率单元串联构成，同时可选配一单元为热备冗余单元，每单元配置旁路，单元故障时旁路动作，输出线电压6KV，输入变压器中心点采用不接地方式。

1 SH-HVF高压变频器性能特点

SH-HVF-Y6K/1250高压变频器采用高频PWM同步整流控制技术，使输入电流经整流后十分接近正弦波，并且具备和输入电压相同的相位。控制部分采用DSP+FPGA控制，可靠性高，拥有完备的故障的自诊断及保护功能。控制柜上的触摸屏可以查看记录、设置参数、现场操作等，具备全面的故障监测电路、及时的故障报警保护和准确的故障记录保存，事件记录和追忆功能，负荷管理功能，提供历史负荷数据及曲线。

控制电动机的启动转矩为额定转矩的150%～200%；在低频（如6Hz）启动时的力矩大于1.6倍额定转矩；制动力矩大于额定转矩；具有零速200%制动转矩，实现运行过程中的定点停车；高压瞬时掉电10个周波内能输出转矩无脉动。电源部分选用了多重化技术的的输入移相干式变压器，绝缘等级H级，可设定告警点以及故障点。装置过载能力强，装置在部件温度允许范围内允许长期1.1倍过载运行，额定1.25倍过载、时间60S的反时限过流保护，当运行电流为1.25-1.5倍时执行，当运行电流超过2倍时立即保护。

此型高压变频器具备高性能价格比，高功率体积比，功率单元模块化结构，可以互换，维护简单，功率单元光纤通讯控制，完全电气隔离。变频器的输出转矩具有窄脉冲，高控制精度，有效地避免机械共振的产生，减少传动部分的损耗，基本和工频时一样的电应力强度，电动机噪声也与工频时类似。有较小的输出du/dt，具备可靠性高、效率高的优点。系统的总效率在额定工况时可以达到96%以上，变频部分的效率则大于98%。在20%-100%负荷范围内，功率因素大于0.95。输入电压范围宽，可短时承受-30%的电压降落。在90%－115%输入电压范围内可长时间额定运行。

2 SH-HVF高压变频器技术特点

该型高压变频器同时具有以下技术特点：

1、单元旁路与整体旁路设计

为了保证变频器和现场设备的正常运行，SH-HVF系列高压变频器为用户提供了功率单元机械旁路功能，当单元故障时，一旦检测到就会将故障功率单元的输出信号清除不用并将故障的功率单元旁路不用，整个过程将是在线自动完成，无需对装置停运进行调整，极大地提高了系统可靠性，不会影响整个系统的正常运行甚至不需要降负荷运行。

图1 自动旁路技术原理

功率单元旁路其原理实现图见图1。即当变频器单独某一功率单元出现故障时，被系统检测到以后由系统按照设定的控制方式进行运行方式的调整，将故障功率单元旁路后，相应调整其他功率单元的运行方式，保证系统的持续稳定运行。采用功率单元自动旁路功能既可以提高设备运行的可靠性，又可以满足对可靠性要求比较高的用户的要求[25]。

除了功率单元旁路设计之外，同时该型变频器还具有整台变频器旁路设计，其原理如下所示：

图2 高压变频器旁路示意图

为了保证即使在变频器故障时电机仍可以正常运行，避免影响正常生产的进行，SH-HVF-Y6K/1250高压变频器除了单元旁路外同时还有旁路可以隔离整台变频器的结构，如图2 所示。

高压变频器装置配有分自动和手动旁路柜两种旁路开关柜。

手动旁路：即通过QF1、QF3的断开，同时闭合QF2实现变频器由工频到变频状态的切换或者反之，以便于在变频器故障时隔离变频器方便检修。

自动旁路：通过自动旁路技术的应用，既可以实现高压变频器在正常状态下的软启动，也能够实现从变频运行状态到工频运行状态的无缝衔接；当变频器装置发生一些故障无法维持变频运行时，将由系统控制自动将其切换为工频，不需停运设备进行切换，保证了连续运行的需要，实现不断电切换。

2、冗余单元设计

根据现场需要，用户可采用一单元冗余配置方案，从而可以满足运行中最多三单元故障时，变频器仍可以50Hz/6KV输出，保证辅机出力不降低。变频装置功率单元采用冗余设计，每相1单元故障旁路后仍能不停机连续额定运行，每相2单元故障旁路后输出额定功率的76％。当故障单元数大于6后跳机处理，通过自动工频旁路柜切换至外部工频运行。当故障排除后，具备由工频运行方式切换到变频运行方式的功能。

图3 冗余单元配置

3、无谐波设计

采用多电平技术，通过多重叠加来降低谐波幅度和提高谐波次数，使谐波远小于国家要求。纯净的无谐波输入对电网不存在任何干扰，同时可以保护各类电子设备的工作不受谐波干扰的影响；让用户无需考虑昂贵的谐波滤波器及由电网参数变化带来的相关的谐振问题。

SH-HVF无谐波系列变频器能满足IEEE519-1992和GB/T14549-93对电压失真最严格的要求，完全符合供电部门最严格的要求。

4、线电压均衡技术

线电压均衡技术即指变频器发生某一相某个单元的故障后，为了使输出的电压保持平衡，传统的方法降另外两相未故障的电压至故障相电压，会影响到整体处理。而线电压均衡技术则通过相与相之间夹角的大小，保证最大的相电压输出且保持线电压输出均衡。因而常规方式下发生该情况只能输出60%的电压，采用此技术后可以输出80%的电压。

图4 相电压均衡技术

如上图所示，在A4、A5故障的情况下，传统方式采用的是旁路B4、B5、C4、C5四个功率单元，以达到相电压均衡，都降至原来的60%；新的技术则如下面一张图所示，在故障情况下，通过调整相位角，使输出电压对称，达到80%额定电压，极大改善了设备运行工况。

3 SH-HVF型高压变频器故障及处理

3.1 变频器过热导致故障

2008-11-3，#4机组运行中，负荷110mw，一次风机变频运行。4-1一次风机自动切工频，故障信号“B3、B2单元故障”，报警灯亮，经过检修检查后发现B2、B3两个变频器功率单元故障，联系常见后对变频器移相变压器进行了检查，发现在B相二次侧绕组部分有烧损的痕迹。

经过检查后判断为B相过热造成功率单元损坏，然后发现高压变频装置的冷却风道有异物存在，堵塞了散热通道，导致散热不良，进而由于热量堆积引起移相变压器过热导致功率单元损坏。

通过对事故现象的分析，我们在后续进行了相应的整改，主要是通过对通风系统进行了改造，添加滤网避免异物进入。然后将损坏功率单元返厂更换，在移相变压器柜组底部增加冷却风机，形成对流的冷却风通道，增强变压器柜的冷却效果。将冷却风系统纳入日常维护巡查范围，及时检查冷却系统运行情况，将冷却风道接通室外，热风直接排出，及时投运 6KV段室内空调系统运行。

控制方面则将冷却系统风扇跳闸接入报警信号，有任一台风机跳闸时，DCS系统界面可以给出报警信号，便于及时处理。

3.2 运行中风机电流波动

在系统改造完毕投运的初始半年内，#4、#5机组均出现了在正常运行中，两台变频器其中一台输出电流出现波动，直接导致一次风量大幅波动，影响机组的安全运行。

2009-8-16，故障前#5炉负荷130MW，AGC运行，#5-1、#5-2一次风机电流均在60A左右，水冷风室压力12.9Kpa，水冷风室风量130kNm3/h。

19：41#5-1一次风机电流突然由60A降至38A，立即解除变频器锁定，手动调整变频器增大电流，但变频器反馈反而向反方向降低，电流继续降至10A左右，立即解除#5-2一次风机变频器锁定，手动增加5-2一次风机出力至最大（126A）。就地检查#5-1一次风机变频器，后经检修检查确认#5-1一次风机变频器B3功率单元坏，检修更换功率单元后，重启风机恢复正常。

经过联系厂家及现场认真排查，发现变频器在低输出功率情况下易发生此种情况，初步判断为变频器输出电流有扰动造成风机出力变化，有可能是控制干扰。通过联系厂家重新处理了连接线缆的屏蔽接地，避免干扰信号的产生。同时在DCS逻辑组态中加入频率锁定功能，在机组稳定运行时，将变频器输出信号加以锁定，避免操作方面的干扰。为避免控制干扰，控制线路采用了屏蔽电缆且一侧接地，布线时避免控制线与动力线并行敷设在同一电缆托架内；变频器负载输出线同样采用屏蔽铠装电缆一端接地，以避免变频器对附近的仪表产生干扰。

3.3 变频器逆变单元故障

2009-3-12，#4机组运行，100mw负荷，两台一次风机变频运行，光字牌发出功率单元故障报警，就地检查为4-2一次风机变频装置“C2单元故障”报警灯亮，维持运行至停炉检修。

停炉后，经过仔细的检查，发现未C2功率单元内部电容充放电回路的连接螺丝熔断，从而引起功率单元故障，C2单元被切除。经过厂家分析认为，此螺丝处于功率单元内部的电容充放电回路连接处，需要持续承受高压直流电流，由于设备出厂时，此处紧固螺丝没有紧固到位造成接触不良，在运行中因长期承受运行电流导致过热而熔断。

后来针对该事故现象，我们采取的主要改进措施为：1.将故障的C2功率单元更换为备品，然后将C2功率单元返厂维修；2.详细检查其他功率单元相关回路，避免类似情况的发生。

3.4 变频器瞬停

2010-2-5，#4机组运行，负荷120mw，早班进行给水泵切换过程中，4-1、4-2变频器自动切换工频运行。

经过检查发现，因为给水泵电机功率较大，启动瞬间造成6KV母线电压下降且电压下降持续时间达2s，导致变频器瞬停保护动作。

由于电压型变频器功率单元具备大容量的电容器作为整流滤波环节，所以具有一定的储能性，在输入电压下降的情况下，可以维持运行一段时间。一般变频器可以承受30%电压下降和5个周期电源丧失，但是如果电压下降时间过长则造成变频装置自动切换工频运行。断电时间在100ms以内，没有影响，变频装置继续运行；断电时间到100ms以上，则启动瞬停保护，切换至工频旁路；如果连续断电，则不自动切换，风机停运。

通过和厂家的协调，将变频器失电瞬停保护电压定值相应降低，以满足在大容量辅机设备启动时电压下降需求，同时要求以后在启动给水泵等大容量设备之前，电气专业将6KV母线电压尽可能提高，躲开电压下降的区间，避免变频器停运保护动作。

4 总结

本文通过对SH-HVF型高压变频器故障情况的分析，发现故障发生既有安装方面的原因，也有制造方面的问题。因此为了保证变频器长期可靠稳定运行，首先要加强设备检验，把好出厂关，同时要严格按照变频器的安装调试方案进行安装和调试工作，尽量将所存在的问题暴露在安装调试阶段。

由于电力生产现场环境比较恶劣、粉尘含量较大，高压变频器作为电子与电力电子设备较为精密，运行中会产生损耗发热需要散热，通常这类型的变频器采用的都是风冷散热，所以要充分考虑散热系统的冗余度，保证变频器在各种工作环境下的安全可靠运行，注意选择的变频器结构布局要合理，有利于散热和风道布置设计，注重提高散热效率，保证系统的温升低于设计，有较强的环境适应能力，可以经过季节变化同时还可以经受粉尘污染等恶劣环境的考验。

因为变频器属于电子产品，对环境要求高是不可避免的，特别是夏天高温季节，变频器的工作环境温度有时达50℃以上，而低压变频器的散热条件又比较差，从而造成功率转换所产生的热量积聚，最终导致设备损坏或是不能正常工作等故障，另外，变频器的日常维护工作也颇为重要，比如积尘积灰容易造成电子元件绝缘水平下降等，这些情况与设计人员对变频器知识的掌握程度与经验不足也有一定关系。随着现场经验的积累，在注重设备选型及质量把关的同时，大力加强设备的运行管理，定期检修维护，因而设备的可靠性得到很大提高，使用效果均比较好。

通过运行经验来看，这类型高压变频器较易因为功率单元故障而导致事故发生，因此选用合格的功率单元元器件就是十分重要的事情，电子功率元件的日常检查维护也需要列入重点事项。

同时在运行中，要注重加强对变频器的巡查力度，及时发现存在的隐患，加以处理。时刻关注变频器运行工况，关注各参数及变化趋势，这样才能保证高压变频器的正常运行，保障机组的安全运行。

参考文献

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