摘要：本文以中压变频系统在石化公司电力系统应用情况为背景，简要剖析了中压变频设备的基本结构及部件的常规使用寿命。
关键词：中压变频；可控硅；电容器
某石化公司240万吨/年生产装置，主要是以乙烯为原料，生产颗粒状或粉末状高/低密度聚乙烯树脂。其电力系统常用的中压变频设备，匹配于挤压、造粒系统的驱动单元，设备容量从260KVA至4200KVA不等。自1994年以来共有8台中压变频设备投入使用。
1、中压变频驱动设备概述
中压变频驱动设备一般通过三绕组变压器对整流桥供电从而获得12-18脉冲整流，采用二极管或可控硅架构整流、逆变单元，以功率半导体开关元件IGCT作为回路的保护，LC形式的正弦滤波单元，驱动鼠笼式感应电机，进而达到节能调速的目的。
2、变频器的组成及维护
2.1 目视部分
2.2 电容器部分
变频驱动设备电容器大致分为：直流电容、钳位电容、滤波电容。上述电容的测量值均以μF为单位，按照检修规程要求——测量值与标称值之间允许误差不应超出±10%。但应注意的是，上述电容均为过盈方式匹配，若测量值低于标称值或同组电容中出现个别单体容量存在偏差时应立即更换，否则可能对功率元件造成损坏。
在每次变频驱动设备停机时，也应该观察电容器本体极柱部位有无漏液，电容器是否臌胀变形，若有异常及时更换。
2.3 功率元件部分
变频器中功率元件大致分为IGCT和二极管两个部分，全部使用压紧弹簧卡接的方式安装，在拆除过程中需松开限位螺栓，待弹簧延展后将元件取出。拆除过程中需注意标记限位螺栓的安装位置，保证回装时功率元件能够可靠压紧，同时功率元件中心存在定位点，应精确对正。
IGCT的测量
IGCT——集成门极换流晶闸管，共分为阳极、阴极、门极三部分。
IGCT的测量应使用万用表的二极管档，测量单位为VDC，使用该档位分别测量门极—阴极之间的电压、阳极——阴极之间的电压、阴极——阳极之间的电压。三者测量的标准应分别为：-20V、0.2-0.35V及OL，若实际测量值与上述标准存在偏差，则应立即进行更换。
二极管的测量
二极管——具有两个电极且只允许电流由单一方向流过的电子元件。
二极管的测量应使用万用表的二极管档，测量单位为VDC，测量标准为阳极——阴极之间的电压、阴极——阳极之间的电压。两者测量标准分别为：0.2-0.35V、0.8-1V，若实际测量值与上述标准存在偏差，则应立即进行更换。
2.4 控制电源部分
中压变频驱动装置控制电源部分为保证持续供电，通常采用不间断电源形式。为此，在每次停机过程中均需对保证不间断供电中的蓄电池内阻、电压进行测量。电压与内阻的标准值需遵从蓄电池生产厂家给予的技术说明，通常情况下单节蓄电池电压低于12V就需要进行更换。同时需注意，根据设定条件的不同，当蓄电池容量不足时，可能会出现设备停机或报警两种状态，且一般情况下，在能够保证控制电源持续供电的情况下，蓄电池可在线更换。
2.5 冷却系统
一般中压变频驱动装置会根据容量大小，分别采用循环水冷却及循环空气冷却两种方式，循环空气冷却方式较为常见，两种方式均存在冷却风机。
由于冷却风机大部分采用涡轮式风扇，其配套轴承均为封闭式、不可自行添加润滑脂，且维护单位无法自行拆解、更换。为此，按照厂家建议寿命，应每三年更换一次。同时，若运行过程中出现变频器温度报警或风机运行声音异常情况，均应进行更换。
相较空气冷却方式而言，循环水冷系统应增加水箱、换热器（水—水、水—气）、内部循环水泵及离子交换器。通过内部循环水及水—气换热器将热量导入内部循环水系统，同时通过水—水换热器将热量导入外部循环水系统。为保证内部循环水系统清洁，离子交换器应根据脱盐水的清洁程度进行更换（可参照变频器驱动设备的电导率测量值），一般不应超过三年；为避免换热器堵塞，在发现内部循环水温度或压力有升高趋势时应同时更换换热器及水泵。
2.6 驱动单元
驱动单元一般以板卡结构为主，大致分为主控板（负责逻辑运算、电机模型建立等），I/O接口板（负责采集传动数据与通讯信号，模拟/数字、电压/电流信号转换），驱动板（负责用以接收接口板信号控制功率元件导通）三部分，各部分之间采用光纤通讯。
驱动单元的维护及检测工作，通常以软件的模拟运算方式开展，因此一般情况下必须由专利商提供技术支持，使用者只能根据后台指示或板卡指示灯的燃熄情况进行初步的检测。
由于板卡结构有大量电容器投入运行，故建议寿命不应超过六年，同时，在驱动单元板卡更换过程中需注意软件版本是否兼容。
2.7 保护单元
该部分主要包括电压/电流检测板、霍尔传感器，主要用于负载及本机保护数据的采集，负载及直流部分的电压、电流等保护数据均在此处读取。该传感器检测时，首先需在电源接口处接入6V直流电源，同时将电压输出信号接入万用表合适的电压档。而后使用永磁体靠近传感器，观测万用表的电压变化，若无指示则证明该元件损坏。
2.8 绝缘检测
按照规程要求，变频设备的绝缘测量应将电源输入端的变压器及电源输出侧的负载断开，绝缘值应对照设备厂家提供的绝缘标准而定，一般不应低于10MΩ。若由于生产要求及工况原因，变压器和负载电缆无法拆除，可按照“变频设备+变压器+负载”的方式测量绝缘，测量电压应选取变频设备、负载、变压器的最低电压等级。
2.9 主回路断路器
变频设备的主回路断路器分合一般由变频设备控制，分合闸信号可来自本地或远程控制台。而实际控制命令应由变频器的数字输出接口发出，主回路断路器必须满足变压器原边额定电压和额定电流的要求。
主回路断路器的检测及维护需经过预防性试验来完成，应涵盖如下内容：
承受额定负载电流并及时分断短路电流；
承受变压器的浪涌电流的跳闸情况；
接收到合闸命令时，闭合断路器时间；
接收到分闸命令时，断开断路器时间；
接收到跳闸命令时，断开断路器时间。
3 结束语
13年来，我厂共有6套不同品牌的中压变频设备投入使用，相比原有直流控制调速系统而言，中压变频设备具有运行稳定，维护投入少，节能降耗，电网冲击小的优点。同时，可根据负载的实际情况，选取转矩、转速等多种可编程的控制模式，在负载电机更换时也避免了模型建立、识别的冗长过程，对连续生产、提高运行效率提供了较大支持。
参考文献：
[1] 徐甫荣.中高压变频器的分类和比较.电气应用.2004（10）：622-627
[2] 韩安荣.通用变频器及其应用.变频器机械工业出版社.2000.23（2）：35-37
作者简介：
杨洋，男，电气工程师，2005年毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业，现从事大庆石化公司塑料厂供电车间主任
论文作者:杨洋
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：测量论文; 电压论文; 设备论文; 负载论文; 中压论文; 断路器论文; 元件论文; 《基层建设》2017年第16期论文;