关键词：系统组成；功率单元；电源冗余；不间断供电
某钢厂转炉二次除尘两台10kv引风机电动机均由某品牌高压变频器驱动，2009年上线运行，日常运行过程中变频器常出现的故障为电容器故障、冷却系统故障引起的不稳定，但自2016年起若发生电网瞬间低电压故障，此二次除尘高压变频器功率单元均有部分被击穿。每次被击穿的功率单元数量、分布均没有规律性。故障的发生不但造成了维修量增大、备件消耗增加，而且因除尘系统停机对环保造成很大影响。
一、电网瞬间低电压对变频器的影响
此工厂电网常见的两种瞬间低电压故障一种是单项低电压（一般由单项接地引起）、一种是三相低电压（电网发生较大故障）。现对两种故障对高压变频器的影响做如下定性分析：
（一）单项低电压故障对变频器的影响
单项低电压一般又分为不完全接地和完全接地两种情况。若电网因树障、配电线路上绝缘子单相击穿、单相断线以及小动物危害等诸多因素引起发生一相不完全接地时，即故障相通过高电阻或电弧接地，这时故障相的电压降低，非故障相的电压升高，非故障相大于相电压，小于线电压；若发生污闪则三相电压将会发生不规律的波动。若电网一相出现完全接地故障，故障相的电压降到零，非故障相的电压升高到线电压。在这两种故障现象下电网电压均会超过变频器电压允许范围（15%左右），电压过高将会直接击穿IGBT造成功率单元大规模损坏。
（二）电压闪变对变频器的影响 电压闪变是指电网瞬间停电又恢复供电的状况，电网发生低电压类故障继电保护应可靠动作切除故障线路，但该电机控制回路为增加稳定性，防止高压断路器误动作将继电保护回路拆除。而上级电网发生故障后电力系统自动切除故障点或自动重合闸造成变频器功率单元直接接受冲击。若功率单元在主回路瞬间失电后控制回路也断电，会造成IGBT不能完全关断，电源电压与电机发电状态下的电压叠加，造成IGBT击穿功率单元大规模损坏。
二、功率单元击穿故障原因分析
针对电网瞬间低电压故障，此二次除尘高压变频器功率单元均有部分被击穿的故障现象，分析该电气控制系统存在的问题如下：
（一）原设计电源冗余存在的问题 原设计尾部控制电源供电为两路同相交流220v，一路发生故障自动切换为另一路供电。因施工原因该两路电源取自同一变压器供配电系统，若变压器高压侧电网发生波动两路电源均失电，高压变频器内部PLC、二次回路因控制电源失电对高压变频器各功率单元失去控制，IGBT失电后其关断性能完全取决于制作工艺，制作工艺不精细或长时间运行性能下降后，将不会完全关断。
（二）原设计高压断路器存在的问题
原设计在高压变频器发生故障后，只变频器内部保护起作用，高压供电断路器不跳闸，造成功率单元持续得电，而电压波动突然停机后，电机处于发电状态，IGBT关断不彻底造成在功率单元处短路，造成功率单元故障。
三、电源冗余及高压断路器连锁改造
（一）电源冗余改造
在二次电源回路增加一套冗余供电系统即增加不间断供电系统，其作用为在低压供电电源发生故障后仍能为变频器提供稳定、持续的控制电源，确保内部控制单元、PLC能正常工作。若发生高压电源性故障变频器可依靠自身保护功能确保变频器不受损坏。工作原理：正常供电状态下有这届供电回路为变频器提供控制电源，不间断供电系统处在热备用状态，一旦直接供电系统发生故障电压降至85%时直接供电电源自动切除，不间断供电系统自动投入，确保高压变频器控制回路不失电。
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（二）高压断路器连锁
变频器报故障后立即断开高压供电断路器，功率单元只承受电机发电状态下的电压。高压断路器断开后整个变频器主回路失电，将不会受电网故障电压不平衡、高次谐波的影响，确保变频器功率单元完好。控制原理：取高压变频器故障继电器常闭点接入高配室高压断路器控制回路，一旦发生故障变频器故障继电器动作常闭点断开高压断路器分闸（原理如下图所示）。
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六、改造效果
改造后电网发生大面积故障，二次除尘风机新改造的项目发挥作用，两台高压变频器保持完好，没有造成功率单元损坏，仅一次就节约费用六万余元，并且节约了故障修复的人力资源。高压变频器在维护过程中特别需要注意首先因电容器、电路板等电气元件受制造工艺及环境温度的影响使用寿命有限，要通过必要的检测和周期更换来实现高压变频器整机的稳定可靠。再高压变频器运行情况是否良好，与变频器所在配电室的环境有很大关系。夏季高温潮湿是电气故障的多发时期高压变频器也在所难免，只有通过点检、清扫等手段对变频器进行维护保养，才能够减少变频器故障的产生。
参考文献：
[1] 仲明振，高压变频器应用手册：北京：机械工业出版社，2009.5
[2] 王廷才.变频器原理及应用.北京：机械工业出版社，2009.7.
[3] 冯垛生 变频器应用指南.北京:人民邮电出版社，2006.
论文作者:李刚,李一多
论文发表刊物:《中国电业》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/24
标签：变频器论文; 故障论文; 高压论文; 电压论文; 电网论文; 单元论文; 功率论文; 《中国电业》2020年第1期论文;