淮阴三站提高高压变频器运行可靠性研究

(江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安 223001)

1 工程概述

淮阴三站工程位于江苏省淮安市清江浦区和平镇境内，与淮阴一站并列布置，与淮阴一站、淮阴二站、洪泽站共同组成南水北调东线第三梯级，具有向北调水、改善水环境、提高航运保证率等功能。淮阴三站设计流量为100m3/s，安装4台套178GZ- 4.78变频调节贯流泵，配TBP2200- 48/3000同步电机，叶轮直径3.20m, 单机流量33.40m3/s，功率2200kW，总装机容量8800kW。淮阴三站贯流泵由电机直联启动，电机布置在水泵内，电机通过变频器和变压器与50Hz的供电电网相连，同步转速通过变频输出频率控制，调整范围为 0～50Hz，流量通过控制泵组转速来控制，由变频器(VDF) 控制电机实现，合理的结构和有效的控制使机组紧凑、高效、可靠，安全运行。

2 故障分析

淮阴三站是南水北调东线工程第一个应用变频技术的泵站。投入运行至今，变频器故障频繁。据统计，自2009年投入使用以来，损坏的元器件较多，主要元件都是从西门子公司进口，价格昂贵，给工程的日常维护带来了不菲的费用。尤其是近年来，随着变频设备主要部分元件的老化，故障更是频繁，主要为单元控制板、光纤接口板、调制板 、WAG0 电源模块、控制单元电容、I/O板、行程开关、高压绝缘监测电阻等设备。如此高的故障率大大影响了泵站的安全运行。

主要原因分析如下：淮阴三站变频器布置在主厂房负一层，地面高程在正常下游水面以下，出风口靠近河面湿度较大，长期停机会发现柜内元件有潮湿凝露现象；变频器柜冷却方式为外循环风冷，冷却空气由安装在变压器柜顶上的轴流风机从单元柜前门抽进，进入变频器柜，出风口在变压器柜顶上，但由于变频器柜所处的工作环境差，抽进冷却空气的同时，容易进尘；每年调度运行的线路及时间不确定，须根据水情及上级调度指令来执行，有时大半年甚至几年没有开机任务，变频器长期处于无高压状态，导致每次送高压时故障频发。

3 提高高压变频器运行可靠性的措施

3.1 变频器柜内安装加热器

淮阴三站为南水北调工程项目，共有4台变频器。因为其特殊性，变频器每年开机时间较短甚至不开机，变频器经常处于无高压状态，而现场环境潮湿，导致每次送高压故障频发，对现场环境和变频器进行改造。

2012 年11月，针对现场环境潮湿而且变频器经常处于无高压状态、停机时变频器柜体潮湿、柜内功率单元潮湿现象，对变频器进行改造。主要是给 4 台变频器变压器柜和变频器柜各增加1台加热器，以便在变频器停止时保持变频器柜温度恒定，提高变频器运行的稳定性；给风机系统新增1个继电器和输出模块，在高压停止时风机停止工作，避免温度无法保持；保存4台变频器原始程序存档，增加程序控制加热器和风机的工作。改造后检查变频器新增接线和程序后送控制电检查，4 台变频器 8 个加热器正常工作；风机未运行，送高压电后4台变频器的所有风机正常运转，加热器停止工作。停送高压电后加热器开使工作，10min后风机停止运行。与新增控制程序动作一致，达到预期目标，改造后变频器柜内保持温度恒定，之后每次停机没有潮湿凝露现象，但部分二次设备接线端子仍然存在锈蚀氧化现象。

3.2 变频器反送电

淮阴三站每季度按时开展变频器反送电检测工作，通过对变频器反送电，逐步升压激活变频器电容，升压到380V后，观察变频器操作界面是否有故障显示，从而了解变频器状况是否良好，经逐台检测四台变频器无异常，即可对四台变频器投入高压电进行变频器试运行，确保变频器运行正常。

3.2.1 变频器反送电前变频器操作

a. 将变频器模式由SMC改为OLTM。操作方法：先按 SHIFT 键一次，再按右键，输入 2050 后按ENTER键两次。按向上或者向下箭头找到OLTM 后按ENTER键一次。再按 SHIFT后按ENTER，重复上述步骤2～3次可以退回显示界面。

b. 断开变频器输入电缆和输出电缆。

c. 检查电子调压器状态，确认输入端和输出端。调压器的使能开关应该在 OFF 的位置，电位器向逆时针调到最小。将调压器的输入接在变频器的 380V 控制电源的输出端，接线前应断开380V开关。

d. 拆开B1单元的中性点。将调压器的输出端接在B1功率单元的输入端子上(线号对应为 B1A、B1B、B1C)。

e. 检查上述步骤无误后送变频器控制电源，待变频器正常起来后准备做反送电试验。

f. 合上调压器的输入开关，使能信号调至ON 的位置，用万用表检测输出电压。缓慢调节电位器。将电压分别调至75V、150V、220V、300V、380V，升压过程中如发现单元有任何异常应停止升压。电压回0后检查功率单元。若升至 380V 无异常，变频器能检测到高压，冷却风机启动，观察键盘有无故障。若有故障根据故障记录更换备件，无故障降压断电后反送电结束。

3.2.2 变频器反送电结束后操作

a. 将变频器模式由OLTM改为SMC。操作方法：先按 SHIFT 键一次，再按右键，输入2050后按ENTER键两次。按向上或者向下箭头找到SMC后按ENTER键一次。再按SHIFT 后按ENTER键，重复上述步骤2～3次可以退回显示界面。

b. 恢复B1功率单元中性点接线。恢复变频器输入输出接线。

4 高压变频器预防性维护(PMA)

变频器预防性维护(PMA)是提高变频器可靠性、降低维护成本和维修费用、延长变频器使用寿命、减少意外停机的主要措施。其内容是检查变频器目前存在的问题，对变频器进行清洁，消除安全运行隐患。这些隐患包括变频器本身可能存在的一些技术性能的降低、器件老化，以及因设备运行环境的原因，可能对运行产生的影响。对其加以预防或改进，如房间空气清洁度的改进，环境温度、湿度的降低改进等。PMA的前提是无故障的可以正常运行的设备，如变频器存在故障需先对故障进行维修处理后再实施维护工作。

预防性维护内容如下：下载并保存变频器故障、运行、历史记录和变频器参数及程序，检查参数及程序有无变动，程序改动的原因及对设备运行的影响；运行环境的检查，比如房间通风散热状况、房间湿度，以及地面是否变形塌陷等，确定有无影响变频器运行的因素，提出改进的意见；咨询变频器以往运行状态，所发生过的故障信息及所更换过的部件，根据运行时间判断，对已经老化或达到预期寿命的部件建议进行更换；确认变频器柜体完好无变形，柜体没有掉漆及碰痕，柜门开关自如，柜体接地可靠，门限位开关工作可靠；用吸尘器和抹布对变压器及绝缘柱、避雷器、输入输出电压测量回路等进行清洁，检查变压器二次侧接线是否紧固，目测检查确认输入输出电缆绝缘；清洁并检查变压器风机与单元柜风机，风机应转动灵活，三相阻值均匀，热保护和接触器工作正常，风机运行时无杂音；检查并清洁所有开关，接触器及继电器等部件接线牢固，表面干净无灰尘，所有 I/O 端子确保接线牢固无松动，所有开关、接触器及继电器等部件接线牢固，表面干净无灰尘；拆下电路板，清洁电路板上的灰尘，用橡皮清洁电路板接口；检查各电源输出电压，确保电压值在允许的范围内；在VFD正常运行时，断开UPS 输入，变频器不受影响；拆下功率单元，清理灰尘，清洁单元控制板； 检查电容，应无漏液、无鼓胀现象，安全阀无冒尖突出；用万用表检查整流管及IGBT，测量值应均匀一致；功率单元内部电容检测，任意抽查两个功率单元，并测量电容值，评估电容寿命情况，是否需要全部或部分更换电容；根据现场运行情况，决定是否升级变频器控制软件版本；运行变频器并增减负荷，用TOOLSUITE 观察输出电流转速等波形，如有异常情况，用示波器观察 SIB 板测量点输出电压、电流并与手册上的标准波形比较。

5 结 语

淮阴三站变频器安装位置在主厂房负一层，湿度较大，容易进尘，且泵站机组运行时间不确定，会出现诸多故障。本文针对变频器日常维护保养提出了提高变频器可靠运行的措施。目前，淮阴三站变频器通过采取以上措施，故障率大大减少。