关敬哲
（同方威视技术股份有限公司 北京 101500）
摘要：高压变频器调速范围宽、调速精度高，起、制动平稳、可实现无级调速的优点，广泛应用于工业生产中。文章笔者结合在现场的维修经验，对高压变频器功率单元常见硬件故障的维修方法、注意事项等做了详细的叙述。
关键词：高压变频器；功率单元；常见故障；维修
1引言
随着我国社会经济的高速发展，高压变频器在我国水泥、矿山、石化、电力等相关行业有了大量的应用，其所实现的软启动节能、变频节能等相关功能，有力提升和促进了电力生产节能降耗活动的能力和水平。对于发电厂来说，耗能设备主要包括风机、泵等，这些设备的耗电量占比过去一直高达70%以上，非常需要高压变频器来进行优化和提升。
2高压变频器功率单元的技术原理
高压功率单元主要由整流桥，电解电容，均压电阻，IGBT模块，旁路，温度继电器，单元控制板，驱动板组成。①整流桥由二极管三相全桥进行不控全波整流，其作用是将移相变压器副边绕组输出的690V交流电转变成980V的直流电。②电解电容具有滤波和储能的作用。从移相变压器副边绕组输出的交流电是一个畸波电流，只有通过电解电容对其进行平滑滤波之后，才会得到较好的直流波形。③均压电阻是为了保证同一功率单元内电解电容分压一致，通常在每一个电解电容的两端都并联一个均压电阻。④IGBT模块作为大功率电子器件，其具有工作频率高、驱动功率小、开关能耗小等优点。在一个功率单元里有两个IGBT模块，他们共同组成功率模块的逆变电路。控制系统通过对两只IGBT模块开关时间的控制，来达到改变功率单元输出频率的目的，也是它将980V的直流电转成0-690V的交流电。⑤旁路是在每个功率单元的输出端之间并联一个旁路电路，当某个功率单元故障时，封锁对应功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路SCR导通，保证电机电流能通过，仍形成通路。从变频器系统类型上区分旁路，可以划分为两类，一类是同级旁路；一类是单模块旁路。
3高压变频器功率单元常见故障分析及维修
3.1功率单元常见轻故障分析与维修
3.1.1熔断器故障与维修
当变频器人机界面上显示熔断器故障时，根据对应单元编号查找，用万用表检查对应单元的两只熔断器，出现熔断情况时应更换同规格熔断器，更换完成后送电进行故障复位，一般情况下可以恢复正常运行。如不能恢复正常运行，则更换功率单元解决。
3.1.2光纤故障与维修
出现光纤故障时，应分不同情况进行维修。常见光纤故障有以下3种情况：（1）光纤本身故障：处理方式为更换光纤；（2）因功率单元熔断器故障，出现光纤故障报警，则更换相应功率单元的熔断器；（3）光纤板故障：更换对应的光纤板。
3.2功率单元常见重故障分析与维修
3.2.1IGBT重故障
主要表现为出现熔断器故障更换熔断器后仍然熔断，多为IGBT非可逆性损坏或炸管，分析其原因多为IGBT击穿或高压变频器运行中频繁停送电引起。对炸管故障能够比较直观判断出故障点，但在多数情况下，IGBT损坏后很难从外观上判断出故障点。在不具备试验条件的情况下，常规判断IGBT模块是否正常的方法如下：（1）判断极性。首先将万用表拨在R×1K挡，用万用表测量时，若某一极与其他两极阻值为无穷大，调换表笔后该极与其他两极的阻值仍为无穷大，则判断此极为栅极（G）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其余两极再用万用表测量，若测得阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值较小。在测量阻值较小的一次中，则判断红表笔接的为集电极（C）：黑表笔接的为发射极（E）。（2）判断好坏。将万用表拨在R×10K档，用黑表笔接IGBT的集电极（C），红表笔接IGBT的发射极（E），此时万用表的指针在零位。用手指同时触及一下栅极（G）和集电极（C），这时IGBT被触发导通，万用表的指针摆向阻值较小的方向，并能指示在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极（G）和发射极（E），这时IGBT被阻断，万用表的指针回零。此时即可判断IGBT是好的。
3.2.2过电压故障分析与维修
目前各高压变频器厂家一般都为自己的产品设置了完善的保护功能，以确保自己的产品能够有较高的可靠性。这保护配置中就含有过电压保护功能，当高压变频器在运行中万一遇到特殊情况，发生电压超过最高允许值时，能够尽量避免变频器的损坏。本节主要对变频器中间直流回路过电压的处理方法进行分析。（1）在变频器电源的输入侧增加隔离变压器或电抗器，可以有效缓解因厂用电系统受到冲击、雷电波浸入而对变频器正常运行所造成的不稳定影响。（2）结合实际运行情况，在得到变频器生产厂家认可的情况下，适当改变设置参数，限定变频器调节速率，防止负载向变频器回馈能量。（3）适当增加中间直流回路中的电容容量，以达到削峰填谷的作用。另外还要做好备品备件的储备，对于已投运一定年限的变频器，如发现有老化痕迹的模块，要有计划地进行分批更换，以增加变频器运行的可靠性。（4）在条件允许的情况下，适当降低功率模块输入电压。要实现这一目的，可以考虑调整厂用电母线电压，使其保持在一个合理的水平，比如，通过调整，使高压厂用母线电压在任何情况下都能维持在6.3KV左右。另外还可将变频器移相变压器分接头接在+5%位，以达到适当限制变频器输入电压的目的。（5）提高变频器控制电路的可靠性和抗干扰性，减少误报警情况的发生。（6）变频器多余能量泄放回路电阻的选择要匹配。考虑到电阻工作的稳定性，可以选择功率稍大一点的，例如我公司的某台变频器泄放电阻选择为3MΩ/100W，并配备多回路泄放，有效的保证了变频器的稳定运行。
4实例应用分析
变频器高压电、控制电均送后，工艺现场控制面板显示变频器未准备就绪，高压变频器报警灯亮，操作柱绿灯亮，开车之后红灯闪一下，紧接着绿灯亮，电机未启动，变频器故障指示灯亮，报“C2Link”、“C2ControlPower”、“InputProtectionFault”等故障，初步判断变频器调制板MB存在问题。更换完MB板后，故障仍为C2Link，初步判断为C2单元内部短路。技术人员将C2单元拆下，打开C2单元盖板，发现整流桥母排处存在放电痕迹，整流二极管表面存在明显的放电焦化痕迹。检查单元熔丝，发现C2单元两个输入熔丝均已熔断。然后，用三相自耦调压器对C2单元进行充电测试，输入电压为100VAC时，单元直流母排电压为143VDC。将C2单元装入变频器，并对变频器进行三相调压器升压实验，将三相调压器接入主变压器二次侧C2绕组，将C3单元熔丝移至C2单元，电压升至430VAC，除C3单元之外的所有单元的单元控制板电源灯均点亮。为了进一步确认故障状态，给变频器送高压电，送高压以后变频器出现“C2Link”及“C3link”，断开高压以后检查，发现C2单元熔丝熔断，从而判断C2单元内部绝缘已经损坏。将C2单元更换二极管和绝缘纸后装入变频器内，并更换熔断熔丝，送高压电后变频器投运正常。
5结束语
伴随着高压变频器步入一个无需级联的时代，功率单元的设计原理和结构也将会有明显的更新；但是近5-10年单元级联式变频器还会是市场的主流产品。高压变频器功率单元的维修是一项低成本高效益的维修工作，购置相对廉价的电子元件进行现场维修在，能够现场解决设备故障的同时，每年可节约数万元返厂维修费用。该工作要求维修人员具备相应的电工电子理论知识和现场维修经验。在现场维修后应进行通电试验，为确保试验安全，建议先进行低电压导通试验，正常后再进行上机运行试验。
参考文献：
[1]丁洋.热电厂锅炉风机高压变频节能技术改造的研究[D].山东大学，2012.
[2]郭巍.火电厂高压变频器故障分析与探讨[J].山东工业技术，2016，（17）：162-163.
[3]李兴鹤，王淑贤，马瑞侠，张震宇，吴芸.基于Matlab的级联型高压变频器VF控制仿真平台研究[J].大功率变流技术，2013，（05）：1-7.
论文作者:关敬哲
论文发表刊物:《河南电力》2018年16期
论文发表时间:2019/1/23
标签：变频器论文; 单元论文; 功率论文; 高压论文; 故障论文; 熔断器论文; 旁路论文; 《河南电力》2018年16期论文;