變頻器的日常維護保養(yǎng)及其故障維修

1、變頻器的日常維護保養(yǎng)及其故障維修本文以 6SC3716-6FG03-Z 型變頻器為例,主要介紹了性能參數(shù)及其主電路結構。結合水廠多年運行實 踐及維修經(jīng)驗,較為詳細的介紹了該型號變頻器的日常維護保養(yǎng)、常見故障的查詢、清除及其處理。希望 能起到拋磚引玉的作用,為同行們提供可以借鑒的經(jīng)驗或幫助。1 引言近年來,變頻器以其高效節(jié)能、調(diào)節(jié)方便的特點在各行各業(yè)中得到了日益廣泛的應用,供水行業(yè)中,主 要將大功率變頻器應用于送水泵房 (或稱二泵房 的送水機組,充分發(fā)揮其變頻調(diào)速的作用,以適應管網(wǎng)出 水壓力和流量的經(jīng)常變化,從而達到調(diào)節(jié)凈水廠出水壓力和流量的目的,以滿足市政管網(wǎng)的要求。同時, 采用變頻器不僅可通

2、過調(diào)節(jié)其輸出頻率改變電機的轉(zhuǎn)速和水泵的供水流量,代替以往閥門調(diào)節(jié),達到節(jié)能 的目的,而且可通過調(diào)速機組、定速機組或不同功率的調(diào)速機組的搭配運行,使其在出水壓力和流量經(jīng)常 變化的情況下,仍能使整個機組保持高效運行,從而達到機組優(yōu)化運行的目的。2 變頻器基本情況介紹深圳市水務集團梅林水廠是深圳市供水量最大的自來水廠, 94年建成投產(chǎn),日設計供水能力 60萬噸, 目前實際日供水能力近 50萬噸,送水泵房共有送水機組 8臺,單臺電機功率均為 1000kW ,其中 4臺定速 機組采用高壓 10kV 電機, 4臺調(diào)速機組采用低壓 690V 電機, 并給低壓電機配備了配套的西門子變頻器 , 型 號為 6SC

3、3716-6FG03-Z 。2.1變頻器基本性能參數(shù)介紹變頻器有關技術參數(shù) (其中括號內(nèi)數(shù)據(jù)為額定輸入電壓為 660V 時所對應的數(shù)值 為 :(1 額定輸入電壓 UN:三相交流,頻率 50/60Hz,電壓 (660690V,電壓波動范圍 :-15%-+10%;(2 直流線電壓 UdN:(870910V;(3 輸出頻率 fU:U/f=常數(shù)時, 0-120Hz;U=常數(shù)時, 16-160Hz ;(4 額定輸出總功率 SG:(15001568kVA;(5 60s峰值輸出總功率 SGKB:(22502352kVA;(6 最大連續(xù)輸出總功率 SDB:(18751960kVA;(7 額定電流 IN:131

4、2A;(8 tSD=300s時峰值電流 IB:1968A;(9 最大連續(xù)電流 IDB:1640A;(10 1s輸入最大額定允許短路電流 :(a 沒有主開關時 90kA;(b 有主開關時 70kA;(11 能耗 (功率損失 :(a 在額定電流且 fU=50HZ時, 33.5kW;(b 在額定電流且 fU<25Hz時, 37.4kW;(12 工作溫度 :0-40 ;(13 功率因數(shù) :CosU<0.9;(14 效率 (功率損失 U:>0.97.2.2 變頻器主電路變頻器的主電路原理簡圖如附圖所示,圖中 A1與 A2, A3與 A4, A6與 A7電路結構均完全相同。變頻器主電路由

5、輸入、整流、濾波、逆變四部分組成,三相交流電經(jīng)整流濾波變?yōu)橹绷?直流再逆變?yōu)?頻率電壓任意可調(diào)的三相交流電。 直流中間環(huán)節(jié)并聯(lián)電容, 由于大電容的作用, 主電路直流電壓比較平穩(wěn), 內(nèi)阻很小,具有電壓源的特性,屬電壓型變頻器,在異步電動機的調(diào)速系統(tǒng)中,因電動機為感性負載,電 容同時兼作緩沖無功功率的儲能元件。逆變部分采用為門極可關斷晶閘管 (簡稱 GTO , Gate Turn Off Thyristor。逆變部分的每個橋臂均由一個 GTO(VT1-VT6和一個反向并聯(lián)的續(xù)流二極管 (VD1-VD6所組成, 續(xù)流二極管的作用是為負載的滯后電流提 供一條反饋到直流電源的通道,故又稱為回饋二極管。逆

6、變器采用正弦波脈寬調(diào)制 (即 SPWM 方式,整流 部分直接采用不可控二極管整流器件,使電網(wǎng)側功率因數(shù)和波形大大改善。對負載電動機而言,電壓型變頻器是一個交流電壓源,在不超過容量限度的情況下,可以驅(qū)動多臺電動 機并聯(lián)運行,具有不選擇負載的通用性。3 變頻器的日常維護保養(yǎng)及其注意事項3.1 變頻器的選型及安裝注意事項變頻器的選型除一般須注意的事項 (如輸入電源電壓、頻率、輸出功率、負載特點等 外,還要求與相應 的電機匹配良好,要求在正常運行時,在充分發(fā)揮其節(jié)能優(yōu)勢的同時,避免其過載運行,并盡量避開其拖 動設備如水泵的低效工作區(qū),以保證其高效可靠運行。變頻器的安裝環(huán)境須盡量做到清潔無塵,并具有良好

7、的通風散熱環(huán)境,有條件的可考慮墻側底部進風屋 頂排風的通風方式,且變頻器安裝時,其頂部及側面須留足最小散熱距離,以利于變頻器的散熱,另外, 變頻器對環(huán)境濕度也有一定的要求,濕度過高,變頻器本身的電氣絕緣降低,母排等金屬部分容易腐蝕, 而濕度過低又容易致使絕緣破壞,一般濕度保持在 40%-90%為宜。3.2 變頻器的日常巡視認真做好變頻器的日常巡視檢查工作,巡視內(nèi)容主要包括 :周圍環(huán)境溫度、濕度是否合符要求,門窗通 風散熱是否良好 ; 變頻器下進風口、 上出風口是否積塵或因積塵過多而堵塞 ; 變頻器運行參數(shù)是否正常, 有無 報警 ; 整流柜、逆變柜內(nèi)風扇運轉(zhuǎn)是否正常 ; 電抗器是否過熱或出現(xiàn)電磁

8、噪音 ; 變頻器內(nèi)是否有振動或異常聲 音 ; 電容器是否出現(xiàn)局部過熱, 外觀有無鼓泡或變形, 安全閥是否破裂 ; 已停用的變頻器加熱器工作是否正常。3.3 變頻器的日常維護保養(yǎng)及其檢修工作認真做好變頻器的日常維護保養(yǎng)及其檢修工作,內(nèi)容主要包括 :(1 定期 (如三個月 對變頻器進行除塵,重點是整流柜、逆變柜和控制柜,必要時可將整流模塊、逆變模塊 和控制柜內(nèi)的線路板拆出后進行除塵。變頻器下進風口、上出風口是否積塵或因積塵過多而堵塞。變頻器 因本身散熱要求通風量大,故運行一定時間以后,表面積塵十分嚴重,須定期清潔除塵。(2 將變頻器前門打開 , 后門拆開 , 仔細檢查交、 直流母排有無變形、 腐蝕

9、、 氧化, 母排連接處螺絲有無松脫, 各安裝固定點處堅固螺絲有無松脫,固定用絕緣片或絕緣柱有無老化開裂或變形,如有應及時更換,重新 緊固,對已發(fā)生變形的母排須校正后重新安裝。(3 對線路板、母排等除塵后,進行必要的防腐處理,涂刷絕緣漆,對已出現(xiàn)局部放電、拉弧的母排須去除 其毛刺后,再進行處理。對已絕緣擊穿的絕緣板,須去除其損壞部分,在其損壞附近用相應絕緣等級的絕 緣板對其進行隔絕處理,緊固并測試絕緣并認為合格后方可投入使用。(4 整流柜、逆變柜內(nèi)風扇運行及轉(zhuǎn)動是否正常,停機時,用手轉(zhuǎn)動,觀察軸承有無卡死或雜音,必要時更 換軸承或維修。(5 對輸入、整流及逆變、直流輸入快熔進行全面檢查,發(fā)現(xiàn)燒毀

10、及時更換。(6 中間直流回路中的電容器有無漏液,外殼有無膨脹、鼓泡或變形,安全閥是否破裂,有條件的可對電容 容量、漏電流、耐壓等進行測試,對不符合要求的電容進行更換,對新電容或長期閑置未使用的電容,更 換前須對其進行鈍化處理。濾波電容的使用周期一般為 5年,對使用時間在 5年以上,電容容量、漏電流、 耐壓等指標明顯偏離檢測標準的,應酌情部分或全部更換。(7 對整流、逆變部分的二極管、 GTO 用萬用表進行電氣檢測,測定其正向、反向電阻值,并在事先制定 好的表格內(nèi)認真做好記錄,看各極間阻值是否正常,同一型號的器件一致性是否良好,必要時進行更換。 (8 對 A1、 A2進線柜內(nèi)的主接觸器及其它輔助

11、接觸器進行檢查,仔細觀察各接觸器動靜觸頭有無拉弧、毛 刺或表面氧化、凹凸不平,發(fā)現(xiàn)此類問題應對其相應的動靜觸頭進行更換,確保其接觸安全可靠。(9 仔細檢查端子排有無老化、松脫,是否存在短路隱性故障,各連接線連接是否牢固,線皮有無破損,各 電路板接插頭接插是否牢固。進出主電源線連接是否可靠,連接處有無發(fā)熱氧化等現(xiàn)象,接地是否良好。 (10 電抗器有無異常鳴叫、振動或糊味。另外,有條件的可對濾波后的直流波形、逆變輸出波形及輸入電源諧波成分進行測定。4 變頻器常見故障維修變頻器維修的關鍵是找出初始故障點和故障發(fā)生的關鍵原因,在維修處理故障之前,須對變頻器的工作 原理、結構、器件組成、功能等有深入的了

12、解和認識,否則很難找到故障的真正原因,必要時可對相關元 件器或電路板進行有針對性的替代,以排除故障,但替代前,須確保其余部件工作正常,且無其它故障存 在,以防故障擴大或損壞新替代的器件。處理故障前應注意查看值班故障記錄及故障前變頻器的運行記錄 (最好有相應的電腦記錄曲線 ,主要包括電流、轉(zhuǎn)速、繞組及軸承溫度等,以便于故障的分析和檢查。當 出現(xiàn)變頻器顯示某類故障,但故障排除過程中卻未發(fā)生相應故障的情況,此時應仔細檢查故障檢測元件或 故障信息處理系統(tǒng)有無問題。故障檢查或維修時,注意須先切斷電源,將變頻器的輸入變壓器進線側的高壓柜斷路器搖出,并將變頻 器 A1、 A2進線柜主開關斷開,且須等斷電 8

13、min 電容放電完畢后,方可打開柜門進行維修,切忌停機后立 即進行檢查。 因變頻器額定運行時, 其直流母排電壓可達到 1000V 左右, 且濾波所用電解電容, 數(shù)量達 120個,單個容量 6800F ,儲存了大量的電能,停機后須待電容模塊前的電壓平衡電阻將其放電,電壓降低 后 (其放電時間為 8min ,方可開柜進行檢查。4.1 故障信息的查詢、閱讀及清除(1 查詢、閱讀故障信息。在變頻器預備 (即“ Ready ” 狀態(tài)下,按 44P ,屏幕出現(xiàn) S44程序組對話柜,再按 “ P ”鍵進入報警信息對話框,通過“ +/F1”或“ -/F2”鍵查詢、閱讀相應故障信息,再按“ R ”鍵回到變 頻器

14、預備 (即“ Ready ” 狀態(tài)。(2 故障信息的清除 :在狀態(tài)顯示模式下 , 輸入“ P597 P” ,選擇程序 P597, 輸入清除代碼“ 11597” ,按“ *” 鍵確認后,即可清空相應故障信息,再按“ R ”鍵 :返回至狀態(tài)顯示模式。4.2 常見故障及其處理以下元件標號如 A9、 A81、 A41、 F1、 V1等均為變頻器實物及技術圖紙標號,切勿與圖 1原理圖中的 元件標號混淆。(1 Group fault message 11 FUSE BLOWN二級故障代碼分別為 :126 FUSE BLOWN、 337 BLOWN FUSE INV2和 332 BLOWN FUSE REC

15、T2。126 FUSE BLOWN或 337 BLOWN FUSE INV2一般為逆變直流輸入快熔兩端的電壓值超過 20V 或快熔 燒毀或安裝不牢接觸電阻過大,處理方法為仔細檢查 A6、 A7柜中的 F51和 F52是否存在上述問題,及時 更換或處理后重新安裝。332 BLOWN FUSE RECT2此故障一般為 A3、 A4柜整流模塊中至少有一個快熔已經(jīng)燒毀, 致使其相應的快 熔監(jiān)視器輸出動作,停機并顯示相應故障信息,此時應首先仔細檢查 A3、 A4柜中整流模塊 A41、 A42、 A43中 F1、 F2快熔是否燒毀,同時還須 :(a 對整流模塊 A41、 A42、 A43中整流二極管 V1

16、、 V2進行檢查,用萬用表的二極管測量檔仔細測量其正 向、反向電阻值,看二極管有無反向擊穿,如若發(fā)現(xiàn)反向電阻值變小或接近零,應對其進行更換 ;(b 仔細檢查整流后的直流電路有無短路或異常,直流回路中的正負極母排間絕緣板有無絕緣擊穿、老化、 燒焦等痕跡,正負極母排尖角及轉(zhuǎn)變處有無拉弧短路,母排是否因長期發(fā)熱變形或短路電流的熱效應致使 母排碰殼或?qū)Φ囟搪?;(c 仔細檢查 A5柜中的各電容有無發(fā)熱,變形、鼓泡,其頂部橡膠安全閥有無破裂 ;(d 仔細檢查快熔兩端連接是否牢固,快熔監(jiān)視器輸入、輸出線接頭插入是否牢固 ;(e 仔細檢查至控制柜 A8中的 A81線路板 (即 ISTS 模塊 的 X31插頭

17、和 A9線路板的 X133插頭聯(lián)接是否可 靠,有無松動。(f 仔細檢查至控制柜 A8中的 A81線路板中的 F2保險有無燒毀,必要時更換。(2 Group fault message 14 OVERCURRENT變頻器常易出現(xiàn)的過流代碼為 :125INVOVER CURRENT、 329 OVERCURRENT INV2。當一相或多相輸出電流在 15ms 內(nèi)連續(xù)或兩次超過設定過流值的次數(shù)超過允許次數(shù)時, 顯示此故障信息。 此時應認真對以下項目進行檢查 :(a A6柜、 A7柜電流檢測部分即輸出電抗器 L3的極性是否接反 ;(b 輸出電抗器 L3(對應三相分別為 R11、 R21、 R31 至

18、A8柜中的 A8線路板即 IST 模塊或 A81線路板即 ISTS 模塊之間的連接線 X21、 X22、 X23是否牢固,插頭有無松動 ;(c IST或 ISTS 模塊有無損壞 ;(d A8柜中 A9-A2線路板 (即 ICS 模塊 損壞。(3 Group fault message 15 OVERVOLTAGE二級故障代碼為 :129Ud>max、 335Ud2>max. VALUE 。故障 129表示 :主電路電容濾波部分直流母線電壓已超過其最大電壓值。 335表示 :逆變部分直流母線電壓 已超過其最大電壓值。此時應對以下項目進行檢查 :(a 取樣反饋回路有無故障 ;(b 檢查

19、變頻器內(nèi)部相應參數(shù)設置,電機最大轉(zhuǎn)矩是否設置太高,如果太高,進行相應調(diào)整 ;(c 用萬用表檢查輸入電源電壓,看輸入電壓是否在允許范圍內(nèi),是否存在輸入電壓過高的問題,如輸入電 壓長期過高,可通過調(diào)整變壓器高壓側分接開關抽頭位置,改變輸出電壓 ;(d 電網(wǎng)電壓是否穩(wěn)定,是否存在瞬時高壓的可能,相當一部分故障報警是由瞬時高壓所造成的。(4 Group fault message 16 OVERTEMPERATURE二級故障代碼分別為 :137INV. OVERTEMP.、 340 OVERTEMP. INV.2。故障代碼 137表示 :逆變柜內(nèi)溫度開關或逆變柜風扇溫度檢測電路板輸出繼電器動作時間超過

20、 4min ,故 障代碼 340表示 :逆變柜內(nèi)溫度開關或整流柜、 逆變柜風扇溫度檢測電路板輸出繼電器動作超過 4min 。 此時 應對以下項目進行仔細檢查 :(a 風扇三相電源連接是否正常,接頭是否松脫,電機有無反轉(zhuǎn) ;(b 風扇轉(zhuǎn)動時 , 機械噪音是否過大 , 風扇轉(zhuǎn)速是否偏慢,如果出現(xiàn)此種情況,停機后用手試轉(zhuǎn),看其軸承轉(zhuǎn) 動是否靈活,有無機械卡死或雜音,如存在此種情況,及時更換軸承 ;(c 環(huán)境溫度是否過高 (高于 40 ,房間門窗是否過于嚴實,致使房間整體通風量不夠,熱量不易散發(fā),此 時應注意加強通風,改善周圍環(huán)境溫度,有條件的可采用墻側底部進風,房屋頂部排風的方式,以加強空 氣對流

21、;(d 逆變柜內(nèi)溫度開關老化 , 致使其誤動作 , 及時更換 ;(e 整流柜或逆變柜風扇溫度檢測電路板損壞 , 及時更換。(f 整流柜或逆變柜風扇溫度檢測元件老化,致使風扇溫度檢測電路板誤動作,及時更換。(5 Group fault message 17 PRECHARGE TIME常見二級故障代碼為 :132 PRECHARGE T > max。其故障原因為在允許的預充電時間 (可通過 S50中的 P393子程序進行設定 內(nèi)直流母線電壓沒有達到預充電 電壓的設定值 (此值與額定輸入電壓有關 。此時應對以下項目仔細檢查 :(a 仔細檢查 A1、 A2柜內(nèi)的預充電接觸器 K2和預充電電阻

22、R1、 R2、 R3是否完好,電氣連接是否正常 ;(b 整流部分有無故障 ;(c 直流部分有無短路或松脫 ;(d 設定的額定電壓是否高于實際輸入電壓, 或電網(wǎng)電壓波動致使電壓偏低, 輸入電源電壓已低于設定額定 電壓 10%以上。如額定電壓設定不對,須在 S43中的 P545重新設定,如電網(wǎng)電壓暫時偏低,須待電網(wǎng)恢 復正常并且穩(wěn)定后方可開機 ;(e IST電路板損壞,及時更換。(6 Group fault message 18 M-CONTACTOR二級故障代碼為 :133 M-CONTACTOR 它表示主接觸器或風扇合閘指令發(fā)出以后,控制線路無法檢測到主接觸器或風扇合閘的反饋信號。此時主要檢查

23、以下項目: (a 進線柜 A1、A2 中的主接觸器 K11、K12、K13 是否合閘，有無故障; (b 控制柜 A8 內(nèi)的控制接觸器 K31、K32 是否合閘，或合閘后，其所有控制觸頭接觸是否良好; (c 相應的控制線或反饋線是否電氣開路; (d 控制柜 A8 內(nèi)的 IST 電路板中的 X42 插頭 3、4 端連接是否牢固; (e 控制柜 A8 內(nèi)的 IST 模塊損壞，及時更換。 (7 Group fault message 20 OVERLOAD 此故障很少出現(xiàn)，一般只要變頻器與電機選型正確，匹配良好，調(diào)試時對電機額定參數(shù)及其保護參數(shù)正 確設定之后，大型供水電機在正常運轉(zhuǎn)的情況下很少出現(xiàn)過載故障。 在變頻器調(diào)試好以后，其余故障一般很少出現(xiàn)，故不一一贅述。 5 案例分析 2004 年 2 月，我廠送水泵房 3#變頻器在正常開機幾小時后，突然發(fā)出爆炸聲，停機檢查，發(fā)現(xiàn)變頻器 兩個進線柜均有一組主接觸器拉弧，觸頭損壞，整流柜六個快熔燒毀，電容柜上部直流正極分支母排變形 后直接對地短路，電容柜右側直