摘要：变频器是电力系统中重要的电子设备，其运行状态直接影响到电力工业设备的正常使用，并进而影响到整个工业系统的稳定运行。但如果使用不当，操作有误，维护不及时，就会缩短变频器的使用寿命，甚至发生故障或停运状况。因此，日常维护与检修工作至关重要。
关键词：变频器；过电压故障；防护
引言
随着电力、电子技术发展的日趋成熟，变频器不仅调速平滑，运行平稳，调节范围大，启动电流小，工作效率高，而且节能效果显著，因此，变频调速技术被广泛应用于工业自动化领域，大大推动了我国工业的飞速发展。其运行状态直接影响到电力工业设备的正常使用，进而影响到整个工业系统的稳定运行。尽管现有的变频器自带过流、过压、过载保护等功能，但由于受到环境，使用年限以及使用不当，操作有误，维护不及时等因素的影响，仍会引发故障或停运状况，给工业快速发展带来一定阻滞作用。
1变频器的工作原理
变频器是变频技术与微电子技术的完美结合。电力系统中，变频器是通过电力半导体器件的通断作用改变输入电源的频率以获取电满足电力所需要的输出电源。为了适应工业生产的需要，人们利用变频器改变输入的工业电源的频率来改变电机的输入电源，实现电机的软启动，变频调速，调节功率因数，提高运转精度，以此达到调节电机的目的。电力工业系统中常用的变频器有交-交变频及交-直-交变频，而交-直-交变频较为常用。交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术。其电路主要包括主电路、控制电路、保护电路及操作显示电路，其技术主要分成主回路和控制系统两大部分，通常分为四个主体部分：整流器、高容量储能电容、逆变器和控制器。整流器的作用是将固定工作频率的三相交流电转化为直流电，主要有晶体二极管构成不可控全波整流桥或晶闸管构成的可控全波整流桥的低压整流电路。直流部分主要用作滤波、储能、均压以及吸收多余能量，因为输出的直流电源为脉冲的直流电压，必须经过滤波。直流部分元件要防止用作吸收直-交环节的过流及过压的不利能量的滤波和电解的高容量储能电容不被烧坏。逆变环节又称为负载侧变流部分，主要用作直流到交流的转换环节，逆变器的工作原理是先通过大功率晶体管阵列构成电子开关获取不同频率、宽度、幅度的方波直流电源，然后通过电子元件构成逆变回路获取频率和电压都可调的交流电源。控制单元主要包括检测单元、微处理单元、保护电路等，控制器的作用是通过设定好程序控制输出方波的宽度和幅度，获取近似正弦的交流电源，用以驱动交流电动机。而所谓的控制器就包括检测单元、微处理单元保护电路等，其作用主要是处理信息的收集、变换和传输。
2过电压故障及处理方法
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，总体防治原则就是在条件允许的情况下适当降低工频电源电压。对没有特定工艺限制的负载减速，要合理设置变频器减速时间参数，不宜设置过短。时间参数的设定要根据工程经验，以不引起回路过电压为基准，尤其要考虑负载惯性的影响。对工艺要求有特殊限制的负载减速问题，尽可能避免因时间设置不合理，变频器因自我保护功能出现自动跳闸。
2.1变频器中间直流母线电压超过最高允许值对其正常运行的影响
中间直流母线电压过高，主要有以下几方面影响：（1）影响功率模块中电容器的寿命。我公司曾经有一台风机的变频器运行中发生故障跳闸，后对变频器模块解体检查，发现其中部分模块的电容已损坏，经分析，不排除因超压而引起此故障。因而后来重新将中间直流电压回路电压设定一个高限值，一旦超过此值，变频器将因保护而跳闸，从而避免设备损坏。（2）影响变频器内整流模块中的元件寿命。如果中间直流母线电压高于允许值，当功率模块中的器件在开、关状态转换时，由于电压变化率比较大，将产生过电压，二者叠加，有可能造成快熔熔断或整流器件击穿损坏。曾经有某公司的脱硫增压风机变频器，两天之内有三个模块的快熔相继熔断，最后不得不进行彻底维修并更换数个模块。（3）造成控制回路损坏。因为控制回路需要从中间直流回路取电采样，如果电压过高，极有可能使取样装置烧坏。
2.2中间直流母线产生过电压的原因
在变频器日常运行中，有以下两个方面会使变频器功率模块中间直流母线电压过高：（1）变频器自身的电源电压高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆正常情况下，燃煤发电厂的厂用电源电压一般是6KV，如果机组运行中，当电网中无功负荷变化较大，出现较多过剩时，如果不对发电机无功出力及时调整，将使厂用电压升高很多，有可能超过6.6KV。另外雷电引起的过电压或补偿设备在投、退时形成的过电压等，也会导致变频器过电压故障。（2）负载对变频器的反向影响。变频器在调节时，特殊情况下可能出现电动机实际转速比变频频率决定的转速高较多的情况，此时负载的部分机械能回馈到功率模块直流母线回路中，导致过电压的发生。（3）变频器控制回路故障，误发变频器过电压故障。控制回路故障，误发故障信息，不仅在变频器运行中会出现，在其它设备运行中也很常见。因此，在变频器报电压故障时，要进行仔细分析查找原因，有时候往往控制回路一个很小的元件故障损坏或现场瞬间一个高频干扰，都有可能引起变频器保护误报警，甚至导致变频器跳闸。
2.3变频器中间直流回路过电压的处理方法
对来自电源输入侧引起的过电压，正常情况下变频器有一个正常工作的电压范围，因此通常情况下电源输入侧不会引起过压。雷电产生会产生强大的电压冲击引起过电压。雷电产生的情况不可避免，但其发生概率相对较小。因此，变频器在使用过程中产生的过电压主要是考虑由负载侧引起的再生过电压。综上所述，过电压故障的防护处理总体上就是在确保电源电压在变频器的正常运转电压范围内，进行定期检修，同时检查变频器频器的减速时间是否设置正确，若发现设置过短，应根据反复调试适当延长减速时间。
（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。（7）耗能装置。a.在电源输入侧加设耗能装置，消耗对电路系统不利的过电压。对于电源输入侧，如果有雷电引起的过电压、冲击过电压，有补偿电容的电路在开关启、闭时产生的过电压现象，可以在电源输入侧并联耗能装置或串联电阻抗元件，以此抑制过电压的发生。b.增加泄放电阻。变频器内部直流回路一般都装有控制单元和泄放电阻，释放中间直流回路上的多余电能。c.在直流回路上给原有电容并联储能电容。电容可以通过充放电达到稳定电压的目的，以此提高回路承受过电压的能力。同时，适度加大回路的电容并更换容量耗损明显的电容器。d.在变频器的直流回路中并联制动电阻，并定期检查直流母线上的电压，并根据实际需要设置合理的阈值来控制功率管的通、断。功率管的工作原理是当直流母线上的电压上升到设定的阈值时，功率管就会接通，并将再生能量释放到制动电阻上，制动电阻放热将不利的过电压耗散掉，以此达到避免直流电压增大。同时，因为能量在制动电阻上耗散，因此不会导致电机严重发热。具体应用有：西门子S120 系列变频器在BLM型整流单元上加设并联制动电阻。
结束语
变频器是电力系统中重要的电子设备，其运行状态直接影响到电力工业设备的正常使用，并进而影响到整个工业系统的稳定运行。尽管现有的变频器自带过流、过压、过载保护等功能，但由于受到环境，使用年限以及使用不当，操作有误，维护不及时等因素的影响，仍会发生故障或停运状况。目前，变频器在工业生产使用过程中，过电压、过电流、过载、过热等故障问题依然存在，这些故障给工业的稳定、快速发展带来了一定阻滞作用。过压问题容易引起电动机磁路饱和，从而导致电动机温度过高；降低电动机绝缘性能，从而导致使用寿命缩短；过压还会引起电容器超负荷破坏。
参考文献
[1]武飞平.发电厂高压变频器典型故障诊断分析及解决[J].神华科技,2017,15(12):56-57+61.
[2]姜理峰.建筑行业变频器的故障与维护[J].四川水泥,2017(06):126+160.
[3]常玉龙.变频器在焦炉机车应用中的故障处理与维护[J].甘肃冶金,2017,39(02):105-107.
[4]王炯锡.冶金企业变频器常见故障分析与处理[J].世界有色金属,2017(03):116-117.
论文作者:王永峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/20
标签：变频器论文; 过电压论文; 回路论文; 电压论文; 故障论文; 母线论文; 电阻论文; 《电力设备》2018年第32期论文;