ACS1000 中压变频器典型故障分析

孙涛　陈杰

摘  要：ACS1000中压变频器在应用中，因维护人员对变频器结构、软件和硬件等认知能力存在的差异，故障点分析判断缺乏系统性、准确性，导致维护和故障判断处理方法不合理，不能准确分析判断故障原因，导致因设备故障影响生产长周期运行。因此有必要通过对已经出现的ACS1000中压变频器故障现象进行分析，找到可能存在的规律和解决的方法，为今后故障处理提供可靠便捷的维护策略。

关键词：中压变频器;IGCT;电流互感器;维护策略

引言

ABB公司的ACS1000中压变频器在石油化工生产中的应用非常普遍。基于ABB对产品的生命周期管理，在用变频器经过数年的运行后，设备的故障率逐渐增加的。对于电气传动设备，这个周期一般为5到10年。故障的主要原因是部件的老化，但由于运行条件而引发的故障率也是极高的。部件故障可以导致包括电力半导体在内的传动的其他零部件的损坏。因此，分析、总结变频器在使用过程中产生的各种故障及其处理方法就显得十分必要，建立有效的维护策略能够降低故障率和缩短故障处理时间。

1 ACS1000中压变频器典型故障

1.1案例一：

1.1.1故障现象

ACS1000中压变频器在开车时变频器报警。检查变频器控制盘显示“Undervoltage”低电压、“ShortCircMi”逆变器负极短路、“InvCurrSOA”逆变器软件监控过电流，“InvCurrHW”逆变器硬件监控过电流等故障报警，现场检查变频器GUSP有四块子板的指示灯在闪烁。

使用万用表二极管档在线测量W相IGCT管V2W、V3W、V4W的PN结正向、反向压降均为0V，而其他所有IGCT管（包括V相、W相）正向压降为0.2V、反向为阻断状态，同时测量并接在W相回路的续流二极管VN1W管正反向压降均为0V，而其他续流二极管在线正向压降为0.2V、反向为阻断。拆下V2W、V3W、V4W后测量正反向压降均为0V。

测量未安装的正常IGCT管，正向压降为0.6V，反向为阻断状态;正常二极管正向压降为0.2V，反向为阻断状态。由于半导体元件正常时具有单向导通特性，根据上述检测结果及ABB技术手册说明，判断W相IGCT管V2W、V3W、V4W和二极管VN1W（NP回路）、箝位二极管VCL2损坏。其中V2W、V4W、V4W和VN1W击穿形成一个典型的下半桥短路。

更换变频器IGCT和二极管后，变频器送电发现变频器IGCT（集成门极换向晶闸管）门极电源模块GUSP1（共2块）LED灯不亮，检查門极电源模块GUSP1供电电压正常（DC 24V），检查发现电源模块底板有裂纹。

1.1.2故障原因及分析

a）IGCT故障分析：

V4041、V4042导通，W相输出正极电压。然后V4041关断，V4043导通，W相输出零电位。然后V4042关断，V4044导通，W相输出负极电压，依序循环。每次换向两个IGCT关断，两个IGCT导通。且必须保证在换向时前一个IGCT先关断后，后一个IGCT再导通。若在换向时，应关断的IGCT没有截止或发生延迟，将会导致逆变器短路，损坏三个IGCT和一个二极管。

b） GUSP2门极电源模块子板与母板可能插接接触不好，造成EPS电源板供电电源保险（10A）熔断，EPS电源板供电异常，导致AMC主控板程序混乱，发出“滤波器数据丢失”等报警信息，造成参数、数据丢失情况或内部接口板INT逆变桥触发信号故障造成触发信号相序混乱、失控或触发信号延迟等造成W相IGCT、二极管短路击穿。

1.2案例二：

1.2.1故障现象

变频器面板报警信息：主要有“OVERVOLT SW直流回路过电压”、“INV CURR SOA软件监控逆变过流”、“INV CURR HW硬件监控逆变过流”、“FIL CAP CURR滤波电容器过流”、“INV AIRTEMP变频器温度高”。

1.2.2故障判断：

a）逐一检测整流、逆变回路二极管、IGCT管均正常（万用表检测二极管、IGCT间直流电阻，并互相比对未发现异常）。

b）通过对变频器一次元器件检查未发现异常，根据变频器面板显示电机电流在0～1434A之间波动，逆变电流在1970A左右，温度显示75.9℃。初步怀疑ADCVI模拟/数字电流和电压接口板及周围附件有故障。更换ADCVI板和OVVP过电压板及其三块子板后送控制电源，故障报警依然存在。

c）由于ADCVI板的输出信号通过INT接口和通讯板后再送入AMC33应用和电机控制板。怀疑INT板有故障，更换INT接口和通讯板进行检查验证。更换INT板后送控制电源，故障报警信息有变化。

d）由于ADCVI板电源是由EPS电源板供电。检测EPS电源板送ADCVI板电源异常。逐一检查ADCVI板上的输入、输出端口（2个逆变器母线电流互感器、2个滤波电容器电流互感器、1个接地互感器），当断开逆变器母线W相电流互感器输入端口时，故障报警消除。当再次接入W相电流互感器后，故障报警出现，初步判断W相电流互感器故障。更换电流互感器，变频器恢复供电，面板显示正常。

1.2.3原因分析

ADCVI模拟/数字电流和电压接口板主要作用是对直流母线电压检测，逆变器母线、滤波电容器、接地电流检测，逆变器温度等检测，经过内部电路进行比较计算后通过光纤通讯方式上传至INT接口和通讯板，再送入AMC33应用和电机控制板，驱动电机正常运行。

当逆变器母线W相电流互感器内部故障时，造成ADCVI板工作电源异常，导致板上的输入输出信号异常，造成变频器停车。

1.3案例三：

1.3.1故障现象

高压柜跳闸、ACS1000变频器停止工作。变频器控制盘显示“ MCB Disturb”（在运行过程中MCB断开）、“MCB Control”（变频器不能控制主电路断路器）故障报警，变频器无其它异常报警。 进一步对变频器进行检查发现EPS2电源板X3插针处电路板变色，焊点脱开，插针松动。更换EPS2电源板，变频器运行正常。

1.3.2故障原因及分析

通过对变频器内部元器件检查，最终确定是由于变频器EPS2电源板长期运行，电子元器件等老化、脱焊故障，运行过程中造成变频器控制电源电压不稳定，故障继电器K33误动作，导致高压柜跳闸，变频器停车。

2 变频器日常维护策略

针对ACS1000变频器出现的各类故障，要对出现的故障进行详细的分析，按照ABB公司提供的变频器内部元器件寿命周期要求，日常需要建立完善的维护策略。

2.1每天对变频器进行巡检，主要包括：电流、转速、内部温度、去离子水电导率、液位、内循环水温度、外循环水进出口温度，出水流量、冷却风机运行状况等。

2.2 按照ABB公司对变频器寿命周期要求内容，进行周期检测维护并对目前运行状况评估。包括，定期安排检测电路板、电容器容量，光纤衰减测试，循环水系统检测、冷却风机更换，变频器内部清洁等项目。

2.3 变频器备件储备。对于主要的元器件要做好备件的完好，随时能够更换使用。

3 结束语

本文介绍了ACS1000变频器在运行中出现的几种故障，对目前相同类型的变频器的维护具有参考意义。通过对变频器各类故障的分析，合理的日常维护能有效延长变频器的使用寿命，降低变频器的故障发生率。

参考文献：

[1]刘智强.ACS1000变频器IGCT故障分析及处理 [J].自动化技术与应用.2013（09）：101-102