高压变频器常见故障分析及处理
论
坛
中矿传动技术交流
他山之石
2022年第30期
总第64期
2022年08月30日发布
高压变频器常见故障分析及处理
市场部摘编
导读：高压变频器作为高端装备，在工业生产应用中也会出现一些故障，本文根据相关行业经验进行故障分类和诊断分析，并列举一定的案例进行佐证，具有一定的借鉴意义和实用价值。
或许不同类型变频器之间，在结构、性能、参数、原理等方面存在很大的不同，故障类也不尽相同，但是“他山之石，可以攻玉”，来自行业内部专家的经验实践值得大家进行学习和探讨。
高压变频器故障诊断分级
高压变频器在工业生产应用中经常会出现的故障，主要有以下三大类别：一类故障、二类故障和三类故障。
一、高压变频器的一类故障诊断
高压变频器在应用过程中所发生的一类故障，通常又被称为无损故障，该故障在发生的过程中通过故障诊断后，采取相应的处理措施避免对高压变频器造成损坏，例如，高压变频器在运行过程中出现输出过流、直流母线过压欠压、高压变频器输入缺相等故障，这些故障都可以直接通过硬件电路进行诊断和确认。例如，高压变频器在运行过程中出现输入缺相故障，那么最为简单的诊断方法便是直接通过硬件电路开展诊断工作，由于高压变频器三相交流电压可以通过电阻分压后实现整流，这样便可以得到一个较小的电压值，如果检测该电压值的大小就可以直接判断高压变频器是否在运行过程中出现输入缺相故障。工作人员还可以在检测输入缺相故障时通过软件直接进行判断，通过软件只需要检查 UDC 的交流成分周期，便可以直接判断高压变频器在应用过程中是否出现缺相。
如果高压变频器在应用中，直流母线电压出现过压欠压，那么直接通过硬件电路也可以实现对高压变频器的保护。高压变频器运行中母线电压过压一般都存在于高压变频器母线制动状态或发电状态，而母线欠压通常是指高压变频器在运行中从电压电网跌落，所以在判断过压和欠压时，需要将高压变频器给定值与实测母线电压进行比较，就可以完成高压变频器的诊断工作。
二、高压变频器的二类故障诊断
高压变频器在应用过程中出现的二类故障对高压变频器可能会造成较大的危害，工作人员需要通过必要的故障诊断来保障高压变频器的正常运行。高压变频器所发生的二类故障主要包括速度故障和逆变器开关器件开路故障这两种。高压变频器在运行过程中，SSF 一旦发生故障就可能导致闭环系统开环，损坏变频设备及其他电力设施，甚至还会造成周边人员伤亡。因此，对高压变频器的二类故障进行深入分析和诊断，具有重要的实践性意义。
例如，速度传感器的故障诊断，高压变频器在应用过程中的速度传感器诊断可以采用硬件法和软件法，所采用的硬件法可以在诊断过程中进行直接硬件法检测和基于脉冲分析的故障诊断法。采用硬件检测法诊断速度较快，但是会在一定程度上增加高压变频器系统的运行成本，同时硬件检测法只能检测出电压输出类型的速度传感器，无法对其他传感器进行深入检测。在检测过程中需要速度传感器内部电路实现支撑，并根据速度传感器前后信号的接入点位来诊断 SSF，在检测中当输出端子输出低电平那么即可以诊断出 SSF，当输出端子输出高电平那么则可以表示高压变频器的速度传感器没有发生 SSF 故障。
在利用脉冲信号检测高压变频器速度传感器故障时，可以与软件诊断法综合使用，在使用过程中便可以基于小波变换和状态观测器的方法开展检测。在检测过程中，神经网络和小波变换较为复杂且计算量较大，因此，在实际应用过程中并不实用。
三、高压变频器的三类故障诊断
高压变频器在应用过程中所发生的第三类故障损坏，通常是指有损且不利于控制的故障，当高压变频器出现此类故障时，不但会对高压变频器自身造成严重的硬件损坏，同时高压变频器出现损坏后还不易于修复，基本上需要对高压变频器内部硬件进行整体更换。
高压变频器所出现的三类故障主要包括母线电容损坏、高压变频器整流桥烧毁、控制电路和驱动电路内部短路故障、高压变频器硬件开关器件短路等。当高压变频器出现三类故障时，开展诊断的过程中需要首先切断电源，再利用电阻特性值作为参数测试，找出高压变频器内部出现的故障位置，并对高压变频器内部出现故障的部位实施及时更换。
输入电网电源引起的故障
一、故障的具体介绍
高压变频器在使用过程中可能由于输入电网电源而引起系统故障，此类故障主要是源于输入电网电源在运行中存在输入缺相、输入过压、输入单循环、输入相不平衡等问题，造成高压变频器过程中出现的系统缺陷。在对这类故障进行解决的过程中，需要重点解决高压变频器输入侧熔断器和连接器是否工作正常，检测人员还需要采用示波器对高压变频器的三相输入电压进行检测，进而判断高压变频器的输入电压是否存在问题。
二、故障实例分析
在我国某省的某电厂 8 号锅炉吸风气变频器出现故障后，维修人员发现吸风气变频器设备的 UPS 装置出现报警行为，冷却风机机组停止运行。在检测过程中，发现导致机组运行中断的主要原因在装置机组吸收器出现损坏后，造成机组内的电源保险丝出现熔断现象，在此基础上对浪涌吸收器进行更换，进而使机组可以合理抑制雷击浪涌电压，避免电源在投入使用后，所产生的异常电压造成变频器内部装置出现破坏。
三、故障的防范措施
在对此类故障进行防范的过程中，维修人员需要将机组运行电源电压的波动范围控制在正 10%-负 15%，避免电源电压输出过高或过低造成变频器负荷损坏。在使用监测变频器输入电源电压时，还需保证变频器在运行过程中，电源电压始终处于允许波动的范围之内，这样就可以确保仪器设备电源在使用中不会受损。在对变频器进行检修时，只需要在变频器传动设备的电源上方，采用示波器测试三相输入电压，即可判断设备在运行过程中的电源波形是否正常。
电机输出回路引起的故障
一、故障的具体介绍
高压变频器在使用过程中，可能会由于电机输出回路而导致变频器出现故障，出现这类故障现象有电机超速故障、输出接地故障、电机过压故障、变频器欠载故障、CPU 温度故障、变频器损耗过大故障、最小转速跳闸故障等，这负载常见的是变频器在运行过程出现瞬时过流故障，进而导致机组运行中断。
二、故障实例分析
在我国某省某电厂锅炉吸风机运行中，突然出现跳闸现象，检修人员在对吸风机机组进行维修的过程中，发现吸风机变频输出瞬时电流故障信号，将变频器进行二次断电，检查变频器开关、电机、电缆等设备，发现变频机在运行过程中回路信号无异常。同时在检查变频器控制电源面板参数后，发现变频器电压反馈、转速值均为 0，那么则可以判断变频器控制电源面板正常。在将变频器检测电机电流霍尔元件切断电源后，测试电机运行速率，可以发现霍尔元件在测试过程中本身正常，但是电机电流反馈值在 0.2-1.6A，并产生随机变化。对此现象进行分析，可以发现此故障主要为模数转换板出现故障，进而导致变频电机电流反馈值过大，当大电流一旦通过变频器电机时，就会超过变频器电机的过流电压，进而造成变频器出现跳闸行为。
三、故障的防范措施
在对上述故障进行防范维修时，需要重点检查变频器模数转化板表面是否存在油污吸附、粉尘、有无锈蚀、污染等现象。在清除变频器模数转化板表面污渍时，可以选用绝缘清洗剂擦拭模数转化板表面污渍，对于模数转化板表面出现的锈蚀或腐蚀现象，可以采用防潮、防虫蛀等措施。若模数转化板表面无明显问题，那么需要根据变频器在运行中出现的具体故障现象，判断是否需要将板件替换。
运行中常见故障解决措施
一、环境影响高压变频器运行性能的解决措施
为解决故障，需要确定故障发生的环节。高压和低压电流穿过高压变频器的电缆进行传输，从而能够使电源线不被中断或短路，热老化和碳化外绝缘确定了电缆故障的位置。高压变频器内存在一定数量的传感器，对环境温度和湿度进行检测和判断。
为了确保安全操作，企业应将温度和湿度控制在可接受的范畴内。高压变频器大多安装于现场辅机附近，灰尘较多，灰尘进入变频柜内会导致绝缘下降或击穿损坏电子元器件；灰尘堵塞滤网造成功率柜散热效果差，使功率模块过热失效损坏。有些厂家把空气滤网设计为可在运行中拆换清洗，便于维护。在南方高温、潮湿气候地区，应选择对环境温度湿度要求低、系统温升相对低的产品，以保证系统
安全稳定运行。
高压变频器具有单元旁路功能，即某个功率单元出故障时，该单元能够自动退出，使整个系统可持续带故障运行，实际上，这是一种冗余设计技术。此时，应注意单元旁路后对变频器带载能力的影响，主要考虑变频装置功率单元个数、控制系统的电压补偿。单元串联越多，故障概率越大，单个单元故障对输出能力的影响较小，二者应折中取舍。若采用电压补偿算法、中性点偏移算法，可提高系统单元旁路后的带载能力，但此种方法可能带来共模电压等问题，需视电动机绝缘安全等设备具体情况取舍。
二、系统控制电源性能对高压变频器的解决措施
首先，高压变频器主控制系统的主要工作在于利用数字变频信号处理器对产生具有脉冲宽度调制的三相电压发出指令，使用正弦空间矢量方法执行所有发动机控制功能。信号板收集逆变器电压和电流输出信号，并对模拟信号进行处理，经过处理后的信号由十组变频器进行相应操作，当主控板或信号板发生故障时，上交给系统控制板的信息采集将导致输出电流出现明显波动，由此可以判断故障位置。大多数高压变频器的设备是在过载期间对损坏极其敏感的电子元件，因此，控制系统具有安全性电源对于正常的高压变频器操作必不可少。在处理该故障时，相关人员有必要及时修理或更换有问题的部件，购买高度安全的部件，以便增加电源控制的安全性。
三、小型电源老化对高压变频器正常运行的解决措施。
首先，必须打开 PROFIBUS DP 总线的 DP 插头两端，并且必须关闭问题的中间部分，连接 DP 插头的总线顺序不得出错。系统总线的接地设备必须要完好无缺，总线不得与任何电源线缠结在一起。
同时，相关维修人员需对西门 S7 模块的程序进行详细检查，通过 S7 确定可能的故障位置，然后转到现场检查每个站点的 PROFIBUS接口。由此可以发现，当 PROFIBUS 总线的一部分出现老化损坏现象时，相关人员需要及时维护、更换电缆，排除故障，在最短的时间内恢复系统的正常工作。
此外，高压变频器在正常运行期间检测到停机现象，且在故障报告中检测到严重故障，高压逆变器柜的低压电源导致高压逆变器和 PLC 控制台控制电源断电。工作人员可以将高压变频器中的小电源更换为较大的电源，减少中间不必要的环节，增加电源工作的安全性。
（本文来自公司自购资料，部分图文来自网络，主要用于论坛内部学习、交流、讨论，无任何商业目的，如有侵权，请联系编者及时删除。）
（本稿件由中矿传动市场部整理编辑，经中矿传动技术支持团队审核授权发布！）
点击关注中矿传动公众号
如有问题，欢迎技术咨询！
中矿传动竭诚为您服务！
垂询电话：0516-80139798
网址：www.zkcd.com.cn
邮箱：sell@zkcd.com.cn