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摘要：新疆八一钢铁有限公司第二炼钢厂120T转炉一次除尘风机安装三台高压变频器,节省了大量的电能，运行过程中也出现了较多的问题 文章列举了一些典型的故障并进行了分析及处理。
关键词：移相变压器；功率单元；IGBT；光纤接口板
1前言
当前钢材市场成本压力巨大，节能降耗成为重要的降本增效手段成为一种趋势。第二炼钢厂的电耗中一次除尘风机所占比例较大，有较大的节能空间，原有的3台高压风机全部采用液力偶合器方式调速的，即电动机一直保持50HZ频率运转，通过液力偶合器来调节风机的转速，这样当风机在低速运行时，电动机也在高速运转，造成电能的大量浪费.后期增加三套某品牌10KV高压变频器，达到了节能及降低冲击负荷的目的.但同时也出现了一系列的问题。
2高压变频器的优点及组成
高压变频技术日趋成熟，调节范围大，调节及时，节省大量能耗，是其最大的优点。完美无谐波不会对电网产生影响。输入功率因数高，达到了节能的效果。都是其优点。高压变频器由三部分组成：移相变压器、功率单元及控制部分组成。
2.1移相变压器
移相变压器选用干式变压器，其特点有：1可靠性高、维护简单(只需紧固和清扫)。2绝缘温升等级高。3局部放电量小 (通常在10PC以下)，可保证长期安全运行，寿命可达15年。4损耗低、效率高、噪声小、抗裂、抗温度变化。5机械强度高，抗突发短路能力强
2.2功率单元
功率单元是变频器的核心部件，由三部分组成：整流部分、直流回路和逆变回路(IGBT)，如图所示：可以看出单元进线为变压器输出侧三相690V电压，出端为单相电压，变频器每相9个功率单元顺次串联，每相尾端单元并联，构成星点，这就构成了变频器的主回路，
2.3控制部分
控制部分主要由CPU、I/O板、通讯板、调制板、光纤接口板等构成，所有电路板都插在一个ISA总线底板上，处理器与各功率单元采用光纤通讯，结构简单
3 主要出现的故障及处理办法
变频器投运后，前期故障率较高，出现过多次故障，包括上位机无法启停变频器、光纤故障、功率单元故障、移相变压器击穿等一系列故障，针对以上故障我们逐一进行了分析排查：
3.1上位机无法启停变频器，上位机指令通过原有西门子S7-300系列PLC系统发送指令，通过硬接线将信号传至变频器控制部分，执行启停命令。前期经常出现上位机给定信号后，变频器不能够启动或者停止，尤其是不能够停止时，存在较大的安全隐患。通过对线路、图纸设计以及元件选型等多个方面进行排查未发现异常，检查原有西门子S7-300系列PLC控制程序时，发现原有西门子程序中，启动、停止输出信号采用脉冲输出方式，根据程序的扫描周期，发现其输出信号持续时间为100ms,也就是说这一个控制过程必须在100ms以内完成，包括中间继电器的动作，接触器或高压断路器的动作完成。修改程序将输出信号保持1s后，再次测试，未出现不能启停的现象。我们认为原有西门子PLC系统与变频器的控制系统直间的配合不合理造成了此种故障。
3.2光纤故障：运行过程中，经常出现光纤故障，造成系统停机，复位后，重新启动正常。检查发现其中有三根光纤接口处有裂痕，可以看见光纤内的光的泄漏，更换有裂纹的光纤并对所有的光纤检查清洗，半年内未出现光纤故障，因此将光纤检查周期定为半年。
3.3功率单元故障：功率单元故障主要出现为功率单元过热、功率单元整流部分击穿和IGBT 击穿。
3.3.1功率单元过热出现次数极多，夏季室外温度30度左右时每日均出现功率单元过热报警，冬季室外温度-20度左右时也出现功率单元过热报警。分析认为存在以下几个问题1、由于是改造项目，三台变频器安装在一间不足50米的房间内，散热空间严重不足。2、空调制冷能力不足，室内使用三台水冷空调，设计时预留量不足，夏季时，一旦任意一台空调出现故障，造成变频器内部温度急剧上升，无法使用。3、变频器冷却方式不合理，变频器冷却采用风道排风，变频器风机将室内空气吸入，通过风道排出至室外，造成室内负压严重，变频器本体冷却效果极差。同时由于室外空气金属类粉尘较大，虽然进风口加设滤网过滤，部分粉尘依然能进入室内，通过变频器时大量粉尘堆积在功率单元及移向变压器上，引起散热不良，同时易造成短路故障。通过以下几种方式解决以上问题：1、增加一台空调，保证散热效果，每日点检发现空调问题立即处理。2、改变通风方式，封闭电气室进风口，拆除变频器出风风道，使电气室成为相对密闭空间，可以避免负压的形成及室外粉尘的进入，同时空调仅需要冷却室内空气，可大大提高空调的效率。3、增加变频器的清灰次数，每个月对变频器清灰一次。4、检修时，检查变频器内部各冷却部位的通风效果，确保其密闭性，提高散热效果。
3.3.2功率单元整流部分击穿和IGBT 击穿，此故障主要集中在2#风机变频器上此次事故直接造成风机停运三个月。其故障现象为变频器送电后断路器立即跳闸，报功率单元B2故障，检查发现，功率单元整流部分击穿，测量其他的功率单元均正常，更换B2后，测试出现功率单元A7故障(IGBT 击穿),反复检查测试五次，损坏五台功率单元。分析认为存在以下几个问题：1、输入电压超过整流部分耐压值造成整流部分击穿。2、整流部分原件老化耐压值降低造成击穿。3、金属粉尘短路造成。4、光纤接口板输出不同步造成串联电流不同步，大电流击穿IGBT。5、控制板输出不同步造成输出电流不平衡造成。6、光纤损坏，造成各功率单元输出不平衡。针对以上问题通过以下几种方式解决：1、所有27台功率单元返厂维修并测试。2、更换光纤接口板。3、升级控制部分包括CPU、I/O板、通讯板。4、更换光纤。通过以上的几个步骤完成后，变频器运行正常，我们认为变频器设计有不完善的地方，通过升级后，完善了变频器的功能。
3.4移相变压器击穿：变频器送电后未发现异常，将频率给定设定在10HZ启动时，听见变频器功率单元柜有轻微的异响，同时上一级高压柜跳闸，检查发现A8、A9和B1功率单元失电故障，紧接着其他功率单元逐台报失电故障，初步判断为功率单元造成，测试所有功率单元，参数均正常，更换功率A9和B1单元后，继续测试发现故障现象依旧，依然是A8、A9和B1功率单元失电故障，再次检查发现移向变压器低压侧线圈有发黑的现象，测量A9输出侧与B0输出侧绝缘仅为1兆欧。判断为当系统上电时，变压器正常输出电压，变频器启动时，电流逐渐增大，造成低压侧相间击穿，电压降低后功率电源报失电故障。同时因为变频器重故障输出联锁将上一级断路器断开。更换移向变压器线圈后再未出现此故障。判断可能是因为制造过程中，线圈在绝缘处理时，有气泡夹杂，运行后绝缘漆损坏，造成绝缘损坏击穿。
通过对以上故障的分析及处理，我们总结了以下几点经验：1、设计规划合理能大大降低后期维修的成本。2、多系统控制中，各子系统之间配合的紧密性直接影响整个系统的稳定性。3、环境温度、湿度及粉尘等因素对电气设备的使用寿命有巨大的影响。4、产品质量对系统稳定性起到了决定性作用。5、定期的维修保养及合理的检修周期，能大大提高了设备的使用周期。6、故障的检测、判断及及时处理，能降低故障的时间。
5 结束语
通过对一次除尘风机变频器调节控制的改造，在冶炼期间及出钢期间进行高低速调节，极大的降低了电耗，对运行过程中出现的问题及时解决，确保系统的稳定运行，为将来在其他工程项目建设工作当中，总结了宝贵的经验。自系统投运以来，调节及时，满足生产的要求，且节省了大量的电能，具有较好的技术与经济效益。
论文作者:邓洪辉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/22
标签：变频器论文; 功率论文; 单元论文; 故障论文; 光纤论文; 风机论文; 高压论文; 《电力设备》2017年第13期论文;