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1 引言 近年來(lái)，由于需求和技術(shù)的不斷提高，高壓變頻器應(yīng)用越來(lái)越廣。而在大容量的高壓變頻器中，為了有效散熱，多采用水冷式。由于水管密布于高壓母線和功率元件周圍，對(duì)水質(zhì)安全要求高，不允許斷流，其監(jiān)測(cè)回路和工藝流程較復(fù)雜，故障幾率也較高。1995年，中國(guó)石油吉化有機(jī)合成廠乙丙項(xiàng)目引進(jìn)高壓水冷式變頻器一臺(tái)，在使用中出現(xiàn)一些故障，由于對(duì)該設(shè)備掌握不夠，處理中走了很多彎路，因此有必要將多年維修經(jīng)驗(yàn)加以歸納，以饗讀者。 2 高壓變頻器水冷技術(shù)基本原理 2.1 散熱問(wèn)題概述 變頻器散熱很重要。溫度過(guò)高對(duì)任何設(shè)備都具有破壞作用，但就多數(shù)設(shè)備而言，其破壞作用常常是比較緩慢的，受破壞時(shí)的溫度通常是不很準(zhǔn)確的，而惟獨(dú)在spwm逆變電路中，溫度一超過(guò)某一限值，會(huì)立即導(dǎo)致逆變功率管的損壞，并且該溫度限值往往十分準(zhǔn)確。在spwm逆變橋中，每一橋臂的上、下兩管總是處于不斷地交替導(dǎo)通的狀態(tài)，或由上管導(dǎo)通、下管截止轉(zhuǎn)換為上管截止、下管導(dǎo)通。在交替過(guò)程中，一旦出現(xiàn)一管尚未完全截止，而另一管已經(jīng)開(kāi)始導(dǎo)通的狀況，將立即引起直流高壓經(jīng)上管和下管“直通”，相當(dāng)于短路，于是上下兩管必將立即被損壞。為了避免上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，在交替的控制電路中，必須留出一個(gè)“等待時(shí)間”（死區(qū)）。等待時(shí)間的長(zhǎng)短：一方面必須足夠長(zhǎng)，以保證工作的可靠性;另一方面，必須盡量短，否則將引起調(diào)制過(guò)程的非線性，從而影響逆變后輸出電壓的波形和數(shù)值，所以，其裕量是很小的。 溫度升高時(shí)，由于半導(dǎo)體對(duì)溫度的敏感性，上下兩管的開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，以及由延遲電路產(chǎn)生的等待時(shí)間，都將發(fā)生變化，并且具有比較準(zhǔn)確的變化規(guī)律。當(dāng)溫度一旦超出某一限值時(shí)，將導(dǎo)致“等待時(shí)間”的不足，使逆變電路的輸出波形出現(xiàn)“毛刺”，最終逆變管因直通而損壞。 因此，變頻器的散熱問(wèn)題是至關(guān)重要的。 變頻器的發(fā)熱和任何其他設(shè)備一樣，發(fā)熱總是由內(nèi)部的損耗功率產(chǎn)生的。在變頻器中，各部分損耗的比例大致為：逆變電路約占50%;整流及直流電路約占40%;控制及保護(hù)電路占5％-15％。粗略地說(shuō)，每1kva的變頻器容量，其損耗功率約為40-50w。 2.2 基本原理介紹 以乙丙裝置高壓變頻器為例，乙丙裝置變頻器采用abb的samimegaster變頻器，型號(hào)為1250d3300，其電壓等級(jí)為3.3kv，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率850kw。經(jīng)測(cè)量，其總功耗為14kw，計(jì)算得出的需要最小冷卻水流量為29l/min（保證溫度為38℃時(shí)）。水冷裝置工藝流程如圖1所示。 
板式換熱器ph1通過(guò)外部循環(huán)水對(duì)變頻器內(nèi)部乙二醇水溶液進(jìn)行冷卻，調(diào)節(jié)閥cv1根據(jù)內(nèi)部水溫控制開(kāi)、關(guān)以保證變頻水溫度變化在允許范圍內(nèi)。二臺(tái)水泵p1、p2互為備用，將水泵入直流母線和環(huán)繞型gto，單向閥bv1、bv2阻止回流。放氣罐dv1用于儲(chǔ)存水溶液，并分離氣體，通過(guò)自動(dòng)放氣閥adv1排氣。ev1與放氣罐dv1聯(lián)通，用于提供系統(tǒng)基本壓力。 檢測(cè)回路由壓力、電導(dǎo)率和溫度檢測(cè)組成，用于監(jiān)測(cè)水的泄漏、絕緣、冷卻效果。冷卻水的壓力由v15閥、壓力傳感和變送器pst1和壓力計(jì)來(lái)測(cè)量。變送器可產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的ma信號(hào)，上傳給水冷系統(tǒng)sadc10in卡，與設(shè)定值比較，如果超過(guò)設(shè)定值，比較卡會(huì)產(chǎn)生一個(gè)觸點(diǎn)分離信號(hào)，通過(guò)di/o卡傳給cpu進(jìn)行處理。冷卻水的溫度由pt-100傳感器ts1測(cè)量，檢測(cè)點(diǎn)在換熱器的高溫端。實(shí)際的溫度值由溫度轉(zhuǎn)換器tt1讀取。該卡產(chǎn)生一個(gè)與溫度成正比的ma信號(hào)。如水溫高于設(shè)定值的話，信息通過(guò)扁平電纜傳到sadc59di/o卡。該卡上傳cpu卡。電導(dǎo)率檢測(cè)與此相類似，不贅敘。 當(dāng)系統(tǒng)需要補(bǔ)液時(shí)，通過(guò)手動(dòng)泵hp1從rt1備用儲(chǔ)水罐中將水抽出，通過(guò)閥v19、v14將冷卻液補(bǔ)充到系統(tǒng)中。單向閥v19防止系統(tǒng)水倒灌。 3 特殊故障實(shí)例的分析 3.1水壓不足 （1） 現(xiàn)象 冷卻水壓力過(guò)低造成停車。 （2） 分析 首先在水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)壓力系統(tǒng)檢測(cè)，對(duì)照盤面壓力表pm1和盤內(nèi)壓力表pg1，指示一致，證明壓力檢測(cè)回路無(wú)誤。壓力指示均為3bar，小于正常壓力4.55bar，說(shuō)明水壓不足。檢查軟管接頭和白鋼管彎頭等，未發(fā)現(xiàn)明顯泄漏，且壓力基本保持不變。懷疑系統(tǒng)中有氣或系統(tǒng)自然損失造成壓力降低。檢查排氣裝置v12閥和adv1均無(wú)異常。因當(dāng)時(shí)必須及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn)，對(duì)系統(tǒng)測(cè)試絕緣正常，決定進(jìn)行充液和放氣，使壓力恢復(fù)到4.55bar，系統(tǒng)開(kāi)車正常。 然而一個(gè)月后，再次因壓力過(guò)低停車，與上次故障相同。懷疑有隱蔽的泄漏點(diǎn)。將所有柜底擦凈，鋪上白紙，一小時(shí)后，在3#柜底的紙上出現(xiàn)水痕。打開(kāi)3#柜上蓋，拆除保護(hù)板，充電電阻等，直到拆到一塊觸發(fā)板時(shí)，發(fā)現(xiàn)其頂部一管接頭上有細(xì)小水珠，打開(kāi)接頭，管接頭上水管已裂開(kāi)。其連接裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。將軟管裂開(kāi)段切除，重新聯(lián)接，上緊。經(jīng)24h運(yùn)行，柜下無(wú)水痕，故障排除。
（3）小結(jié) 水壓不足故障屬多發(fā)故障，一般是由于泄漏引起，應(yīng)集中對(duì)彎頭和接頭處檢查，通常較易處理。像本例中這樣非常隱蔽的故障點(diǎn)，決不能靠不斷補(bǔ)水來(lái)維持運(yùn)行。因?yàn)槁┧鹪g、板卡損壞，引發(fā)二次故障，造成維修困難，所以必須早發(fā)現(xiàn)、早處理。 3.2 水溫過(guò)高 （1）現(xiàn)象 裝置大檢修后，變頻器開(kāi)車1h，因水溫超過(guò)上限（55℃）停車。 （2）分析 檢測(cè)冷卻水溫度傳感器ts1阻值正常，查從控制板到di/o卡扁平電纜連接妥當(dāng)，供給tt1的220v正常。排除檢測(cè)回路故障可能。檢查冷卻水壓力無(wú)異常，懷疑外循環(huán)冷卻水溫度過(guò)高，冷卻效果不足。但經(jīng)詢問(wèn)工藝人員，乙丙裝置循環(huán)水溫度與大修前一樣。檢查v22、v23閥開(kāi)度正常，將閥開(kāi)到最大。再次開(kāi)車，檢查溫度控制器cr72正反向控制正常，cv1調(diào)節(jié)閥也在溫度高時(shí)打開(kāi)，但溫度不降反升。判斷為外部循環(huán)水流量不足。遺憾的是，安裝時(shí)未留下外循環(huán)水管線流程資料，只能沿管線查找，經(jīng)過(guò)一天的努力，一位有經(jīng)驗(yàn)的化工終于在200m以外的地方找到了外循環(huán)水閥門。原來(lái)，在大修時(shí)，化工將該閥誤關(guān)了幾圈。造成外循環(huán)水流量不足，使變頻停車。 （3）小結(jié) 本故障的特殊性在于故障部位出人意料。這就再次提醒我們，在維修中，一定要真正掌握水冷系統(tǒng)流程，不留死角，才能及時(shí)、準(zhǔn)確地解決問(wèn)題。 3.3 變頻器頻繁超壓停車 （1）現(xiàn)象 壓力隨溫度變化異常波動(dòng)。當(dāng)水溫26℃時(shí)，壓力為52psi;當(dāng)升到32.8℃時(shí)，壓力為80psi。溫度再升高，就因壓力超限停車。 （2）分析 首先對(duì)壓力系統(tǒng)檢測(cè)，證明壓力表指示正常，壓力檢測(cè)回路無(wú)誤。在室溫下，變頻器不工作，只在水泵運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)壓力在4.25bar左右，壓力正常。故障一時(shí)查不清楚，而當(dāng)時(shí)生產(chǎn)不允許長(zhǎng)時(shí)間停車，決定采取臨時(shí)措施開(kāi)車，即將控制調(diào)節(jié)閥的溫控器cr72溫度范圍縮小。溫控器采用帶有中性區(qū)的溫度調(diào)節(jié)如圖3所示，輸出out1作為反向（關(guān)閥）操作，并在測(cè)量值低于設(shè)定值set1-p03/2-p01時(shí)有效，輸出保持有效直到測(cè)量值返回到set1-p03/2時(shí)為止;輸出out2作為正向（開(kāi)閥）操作，并在測(cè)量值高于設(shè)定值set1+p03/2+p02時(shí)有效;輸出保持有效直到測(cè)量值返回到set1+p03/2時(shí)為止。主要參數(shù)表修改如附表所示，使溫度調(diào)節(jié)范圍縮小。 在停車檢修期間，重點(diǎn)對(duì)ev1膨脹瓶的進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其底部有一氣嘴，因無(wú)相關(guān)資料，從流程圖猜測(cè)，其內(nèi)應(yīng)半氣半液，中間用膜片分隔，以平衡水系統(tǒng)壓力。果然，發(fā)現(xiàn)其底部確有一個(gè)氣嘴。輕輕頂起氣嘴單向閥，無(wú)氣流出，證明氣室內(nèi)無(wú)基本壓力。找來(lái)一個(gè)車用打氣泵（帶壓力表），向瓶?jī)?nèi)補(bǔ)氣到1bar，保壓20min，證明膜片無(wú)泄漏。回裝，經(jīng)過(guò)補(bǔ)液和放氣，系統(tǒng)壓力不再隨溫度波動(dòng)，將溫控器調(diào)回初始設(shè)定，開(kāi)車一切正常。可見(jiàn)，正常情況下，膜片因受氣壓作用，產(chǎn)生一定變形，以補(bǔ)償水隨溫度升高膨脹的體積，而當(dāng)基本壓力消失后，膜片被頂?shù)筋^，水再膨脹，壓力迅速上升，造成系統(tǒng)超壓。
（3）小結(jié) 本故障非常有代表性，在運(yùn)行多年的變頻器水冷單元都會(huì)出現(xiàn)。在日常的維護(hù)和點(diǎn)檢中，一定注意定期向ev1膨脹瓶中補(bǔ)充基本壓力。 4 結(jié)束語(yǔ) 實(shí)踐證明，處理高壓變頻器水冷系統(tǒng)故障之前，必須全面理解工藝流程，通曉所有圖紙，才能迅速找到原因，避免浪費(fèi)時(shí)間。定期的維護(hù)與保養(yǎng)也非常重要，如壓力檢測(cè)、更換離子交換器化合物、更換機(jī)械過(guò)濾器、清掃灰塵等。對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)要十分小心，對(duì)水冷系統(tǒng)的任何疏忽，都可能會(huì)造成無(wú)法彌補(bǔ)的損失。 來(lái)源：工控網(wǎng) |
