完美无谐波高压变频器调试浅析
高压变频器调试中的问题分析及程序优化
Power Electronics •电力电子Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 211【关键词】重故障 变频 切工频旁路 程序优化1 概况一次风机是火力发电厂内的重要辅机，容量大、耗电多，且长期处于低负荷状态，节能空间大。
某发电企业装机容量4*300MW 共1200MW 。
锅炉系采用控制循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧方式、燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置燃煤锅炉。
其中#1~#4炉的8台一次风均为2118AZ/944/8双吸离心式风机，出力过大，变频改造前常用负荷率为70%左右，一次风机导叶开度经常在30%～50%之间，一次风机运行工况偏离高效区，电耗高。
通过对四台机组一次风机进行变频改造，大大降低厂用电，达到节能目的。
改造利用原有一次风机高压开关QF1，作为此次改造的变频器上级电源开关，加装高压通用变频器及一路工频旁路开关QF3，改造后的一次风机变频器一次回路接线示意图如图1：正常运行时，一次风机变频进线刀闸QS1、变频出线刀闸QS2在合闸位置，通过控制一次风机变频器接触器KM1、KM2进行变频带载运行，当变频器出现重故障时自动切换至旁路开关QF3，由旁路开关QF3带载工频运行。
2 变频器调试中发现问题虽然变频器应用已经比较普遍，变频技术原理也比较成熟，但由于现场设备工况及需求不一样，在调试过来中，发现原来标准变频器逻辑程序中也存在一些不合理的地方，具体表现为以下几个问题：（1）2018年5月13日9:35分，启动3A 一次风机变频器运行时，当变频器频率升到21赫兹时，变频器装置报变频器过流重故障，4秒后自动切换工频旁路运行，6KV 3A 一次风机开关电源报堵转过流动作出口跳闸；（2）2018年5月13日15:43分， 3A 一高压变频器调试中的问题分析及程序优化文/魏明勇次风机变频器试转结束，DCS 系统画面上操作停止时，当变频器频率降到18赫兹时，变频器装置报变频器过压重故障，4秒后自动切换工频旁路运行；（3）2018年5月13日22:10分，启动3A 、3B 一次风机变频运行，配合热工人员做一次风机运行中发生重故障引起的变频切工频试验。
一起完美无谐波变频器的跳停故障分析及研究
74电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering1 引言作为世界上较畅销的中压交流变频器，西门子罗宾康完美无谐波变频器在全球总装机容量已经超过220万千瓦。
在中国，西门子罗宾康完美无谐波变频器广泛运用于全国各地的电力、石油及天然气、水处理、钢铁、水泥、矿业等各个行业，因此对该变频器故障的研究与交流更显得具有现实价值。
完美无谐波变频器是将频率和电压固定的电网电源变换为频率和电压可变的电源，实现稳定的电机调速功能。
该变换通过电子的方式完成，并未使用运动部件。
与老式变频器相比，该种变频器不再产生使用单位不想要的功率变换副产品，它不会将严重的谐波失真引入工厂的配电系统，不需要电源滤波器，不会对敏感设备产生干扰，也不会因为迟永功率因数电容器而出现谐振问题。
笔者于3月初赴滞留地某知名化工企业进行电气工程实习。
实习中恰遇该公司循环冷却水泵配套的西门子完美无谐波变频器故障，笔者同该公司工程师协作，对变频器容易发生的轻、重故障逐一分析，针对该故障现象重点对运行环境、DCR 控制箱的CPU 板、CPS 电源、CPS 电源的+5V 干扰信号等进行排查，并采取处置措施，修复后顺利投运已5个月，未再出现跳停及通信等故障。
2 故障分析与研究为了便于生产和维修，完美元谐波高压变频器采用了功率单元模块化方式。
它是由熔断器、三相桥式整流器、直流滤波电容及IGBT 单相全桥逆变器组成的电压型功率单元。
正是因为属完全模块化的结构，优点是可在几分钟之内即更换损坏的模块，但不足就是机械机构减少，电子回路增加，设备出现的问题更加隐蔽，故障原因的查找更加困难。
该出现问题的变频器产品类型为西门子MFLB ，input ：10kV70A/ Output : 0-10KV 0-70 A 。
故障现象为：变频器在正常运行过程中面板报“变频器不通信”故障，变频器跳机。
西门子SINAMICS完美无谐波GH180系列高压变频器产品说明书
产品样本 05.2014高压变频器满足最高要求的变频器选择—— 可靠、精确、耐用西门子变频器是世界上最畅销的高压交流变频器，具有下列显著的综合优势：• 较低的运行成本• 精确的过程控制• 较低的维护成本• 提高生产效率• 杰出的可靠性• 直观的人机界面SINAMICS 完美无谐波GH180变频器应用在电力、石油、化工、采矿、冶金、市政等各种工业行业，帮助您显著提高生产率、增强能源利用率和降低运行成本。
使其成为高可靠性、高精度、长使用寿命的变频应用之首选。
SINAMICS 完美无谐波 GH180 系列高压变频器性能和价值的完美结合能源机构研究资料表明，工业电机每年耗费数万亿度的电能，超过全球全部用电量的50%。
优化的系统设计，效率更高的传动系统以及变频调速设备的应用等都将有助于降低能量消耗。
这意味着选择合适的变频器可以实现对电机、风机、泵和其他设备更为精确、有效的控制，从而有助于降低运行成本。
如果您的生产工艺过程使用了电机、风机或泵类，并且未安装变频器，您会由于过程效率低下而使每月能源成本达上千万美元。
2西门子可提供为客户量身定制的SINAMICS 完美无谐波GH180变频器，从而尽可能的提高效率。
我们是唯一一家可提供功率范围为225至120,000kW变频器的公司。
完美无谐波GH180变频器在全球总装机容量超过220万千瓦，久经考验的完美无谐波GH180 变频器可以承担您所交付的重任。
光明的前途建立在坚实的基础之上完美无谐波GH180变频器于1994年问世，是变频器行业的一次重大技术变革，在可靠性和创新方面不断树立工业标准。
伴随着电力电子功率器件技术进步，西门子对完美无谐波GH180变频器进行了持续的改进，表现在以下三个方面：提高可靠性和可用性、提高效率和减小变频器尺寸。
我们保持了完美无谐波GH180变频器的核心拓扑，并不断提高其性能，确保为产品提供支持。
通过保持相同的拓扑，降低了客户的维护、备件方面的成本，提高了产品质量，降低全周期成本。
浅析高压变频器的基本原理及其应用领域
高压 变 频 器 的性 能 主要 有 三 反 面
的 特 点 ：一 方 面 是 调 速 的 范 围 比 较 宽 ． 可 以从 零 转 速 到 工 频 转 速 的 范 围 内 进 行 平 滑 调 节 。在 大 电机 上 能 实 现 小 电 流
变 频 器 应 用 的 领 域 不 同 ． 种 类 也 比 较 其
ｌ ％ 电 动 机 的 电 应 力 强 度 与 采 用 工 频 供 电
时 相 近 ． 需 配 无
一一 豢穗—棼躐 燹匿蠢
馈单 元 ： 二种 是 三 电平 电压源 型变 频 第 器 其优 点是输 出频 率高 、 过载 能力强 、 动 态性 能 好 、 电机 噪声 小等 ； 点 是 单 缺
脉 冲 很 低 ． 会 不 导 致 电 机 等 机 械设 备 的共 振 ． 同 时 也 减 少 了
电平及 多 电平 变频 器等 。
目 前 常 见 的 高 压 变 频 器 主 要 有 四
的 大 功 率 变 频 器 ． 其 主 要 电 压 等 级 是 绝 缘 老 化 速 度 降 低 ：一 方 面 是 其 效 率
目前 主 要 应 用 领 域 ． 简 单 了 解 高 压 变 频 器 的 基 本 特 点 及 其 发 展 应 用 趋 势 。 能 关 键 词 ： 压 变 频 器 ； 平 电压 源 ； 势 ； 域 高 电 趋 领 中 图 分 类 号 ：Ｎ ７ Ｔ ７３ 文献标 识码 ： Ａ
ｌ 高压 变 频器 的基 本 原 理
叠 加成为 高压 三相交 流电 （ 图 １ 。 见 ）
的几 家 高 压变 频 器 生 产 企业 均采 用 这
种 结 构 其 优 点 是 谐 波 含 量 极 低 ， 率 功
因数高 ． 缺点 是 只 能 单 象 限运 行 ， 实 要
解析高压变频器的调试
解析高压变频器的调试发表时间：2019-01-08T10:50:56.857Z 来源：《电力设备》2018年第24期作者：唐成龙[导读] 摘要：高压变频器是高压电气设备的重要部件之一，其工作效率直接影响着高压电气设备的工作效率，从而影响着整个电力系统运行的安全性与可靠性。
（四川宏业电力集团有限公司四川成都 610000）摘要：高压变频器是高压电气设备的重要部件之一，其工作效率直接影响着高压电气设备的工作效率，从而影响着整个电力系统运行的安全性与可靠性。
尤其是高压变频器的调试工作，调试工作质量的好坏直接决定了变频器后期的检修和维护工作质量。
所以，做好高压变频器调试工作是前提，我们必须重视高压变频器的调试。
本文从高压变频器调试的步骤出发，解析高压变频器调试的方法，希望能够抛砖引玉。
关键词：高压变频器；调试；检修与维护引言电力系统是一个负责的系统，里面包含的电气设备更是非常之多，每一个设备既是独立工作的，又是相互影响的，加上电子技术的发展，电气设备也越来越先进化，设备的越是先进，设备内其他零部件的工作性能也必须随之提升，与之相匹配，从而适应工作要求。
换言之即是高压变频器作为电气设备的重要组成部门，其内部结构也是越来越复杂，对工作人员的操作要求也逐渐提高。
在追求经济化、效益化的今天，我们工作人员必须从小细节出发，做好电器设备的运行管理，做好高压变频器的调试工作，为保证电气设备正常工作奠定基础。
1 高压变频器调试的基本步骤高压变频器的调试是安装变频器时的必要环节，也是保证变频器正常工作的不可或缺的环节之一，只有做好的前提的调试准备工作，才能够确保高压变频器安全可靠的运行，也才能够为保障变频器使用寿命提供基础。
所以我们必须要重视变频器调试工作。
通常，我们将变频器的调试操作分为了以下几个步骤：首先是接通电源，要吧变频器的电源输入端子通过漏电保护装置接入到电源上；其次，确保高压变频器的接地端接地；三是确保高压变频器铭牌上标明的频率等级符合电网系统的要求，并且只有在确保误差后才能送电；四是确保高压变频器的主接触器连接，风扇正常运行，变频器的输入功率和电压在标准范围内；五是运行变频器到50Hz，测试变频器U、V、W三相输出电压平衡；六是接入电机线，待断电后，变频器显示窗完全没显示后接入电机线。
基于矢量控制的完美无谐波高压变频器应用研究
种设备繁多，能耗密集且生产规模很大，但同时带 来的一个问题是烟尘排量大，污染程度高，所以各 种高炉都配有大功率除尘风机以改善这种恶劣环 境。然而大功率的高压除尘风机其能量消耗是相 当惊人的，在我国能源环境非常严峻的今天，节能 减排成了必须的措施。传统的除尘风机采用三相 交流恒频率供电，电机本身的转速无法改变，通过 调整挡板开度、利用液力耦合器和其它机械方式 调速，能量损失很大且调速范围和总体性能并不
电气设备和电网质量的影响不可忽略。对于本项
目中的１０ ｋＶ除尘风机，其影响更是巨大的。
变频器能够让交流电机变速运行，使得交流
电机有了更广泛的用途，目前高性能变频器已经 可以让交流电机的调速及带载能力与直流电机相 媲美。但变频器是电力电子设备，工业生产中变
为了有效的抑制谐波，我们对电压输人采用 多重化技术，通过将低压各绕组移相，以达到移相
个参数和公式，以便于后面的分析：
塞＝笔 巩一＼ｎ：Ｊ Ｐ：一Ｉ ｎ：Ｊ 笼＝（薏）２ 是＝（老）３
Ｑ：一ｎ：
收稿日期：２００８＿０１－０５
（２）
的静态和动态均压问题很难解决。对此采用功率 单元串联式的多电平电压源型高压变频系统来处 理。
式中，Ｑ、日、Ｐ分别为风机的风量、风压、轴功率。
作者简介：孙凯（１９８４一），男，湖北武汉人，硕士研究生，主要研究方向为智能控制、新型电气传动技术。 ・２３７・
８
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电机低速运行，工作电流可降为２０ Ａ，功率因数可 达０．９。以工业用电每度７角计算，可得如下计算 结果（形表示一年节约的电能，Ｓ表示节约的电 费）：
有ｑ个单元叠加时，相电压的表达式为
，，一，，Ｍ，Ｈ。…＋丝÷亨』（丛互）． ∑蝼竺∑卫・ ｇＭ仉ｓｉｎ∞。￡±ｌ卫∑
完美无谐波变频器简易操作手册
2.1 简介 ............................................................................................................................................. 10 2.1.1 变频器启动电机操作.......................................................................................................... 10 2.2.1 键盘启动变频器方法.......................................................................................................... 11 2.2.2 键盘停止变频器操作.......................................................................................................... 12
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高压变频器故障分析及解决策略浅析
高压变频器故障分析及解决策略浅析摘要：近年来，随着电力电子技术、通信技术的发展，高压大功率变频调速技术在我国取得较大的发展空间。
利用高压变频器可以实现无级调速，既能满足生产工艺的控制要求，又可以节约电能，降低生产成本。
关键词：高压变频器；故障分析；解决策略1高压变频器的电气原理高压变频器主要由整流、滤波、逆变、驱动、检测和微处理等单元组成。
交流三相380V电源经整流、滤波成直流530V。
微处理单元经过驱动电路控制逆变器将直流530V逆变成电压、频率可调的三相交流电源，实现调速目的。
检测电路可以实现电压、电流、温度的检测与显示，与微处理单元设定程序对比，异常时形成报警。
2故障分析2.1高压变频器的参数设置检查断开并重新合上中压电源，按面板上的“故障复位”键一复位故障并再按一次该键以确认没有任何报警。
控制系统作复位操作，复位后再检查参数设置，例如电机频率、满载速度、电机电压、满载电流、空载电流、电机跳闸电压、过载选择等参数的设定值。
针对高压变频器中电机参数设置比对早前记录的各项设置值与实际情况相符，并没有发现设置值错误的情况。
2.2高压变频器硬件检查高压变频器的输入电流与电动机所需的功率、供电电压、高压变频器的效率、功率因数等有关。
而高压变频器的功率因数是随着电源的阻抗而变化的，低阻抗导致较低功率因数，高阻抗导致较高的功率因数。
由于高压变频器所带负载是电动机，使输入输出的功率因数不一样，用高压变频器后输出端的功率因数是高于输入端功率因数的。
高压变频器在运行时输入端、输出端的电流含有高次谐波，很难测量出相位角，按传统测量方法也会产生测量误差。
因为传统的测量仪表是测不准非标准波形相关参数的。
由于输出端没有另外的电流表去核定高压变频器显示的电流是否准确，所以参考输入端的10kV高压开关柜综保的参数，看是否已经达到电机的额定功率。
经过核对高压开关柜综保的电压电流等参数，发现功率并没有达到额定功率，于是基本可以判定是高压变频器电流检测部分出现故障。
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完美无谐波高压变频器调试浅析
摘要：自1994年罗宾康公司研发制造出世界第一台完美无谐波变频器，后经不断改进发展，又推出基于Pentium处理器全数字控制系统的新一代变频器。
其产品以广泛
应用于石油、冶金、化工、发电等领域。
关键词：无谐波高压变频
1 引言
由中化十一建设公司承建的新疆天利高新工程有两台高压烃泵，为了方便调速采用了美国罗宾康公司的两台完美无谐波高压变频器进行驱动。
两台烃泵的额定功率为410kW、额定电压为6000V、额定电流49.6A、转速1490r/min。
罗宾康高压变频器型号为NXG Harmony Drive P/N459829.00其额定功率为450kW、额定输出电压6000V AC、额定输出电流70A、辅助控制电源：380V 50HZ 30A。
完美无谐波高压变频器具有输入输出谐波低、功率因数高、效率高、维护方便、体积小，多电平输出，无需滤波器，对电机适用范围宽，适用于异步电机、同步电机和绕线电机等特点。
它的功率因数能达到0.95以上，不需要进行额外的功率因数补偿。
高压可以直接输出，省去了输出升压变压器。
对电源的要求范围也很宽，可以承受30%的电源电压下降。
2 高压变频器基本原理
其高压变频器采用单个功率电压单元进行叠加的方式高压输出，解决了高压大功率半导体技术的瓶颈。
先通过多副边输入变压器降压供给各个单个功率单元，单个功率单元为三相输入，单相输出的交-直-交逆变方式。
然后把单个功率单元进行叠加实现高压变频输出，驱动电动机运转。
其采用了脉宽调制（PWM）逆变方式，简化了主电路与控制电路的结构，使体积、重量、造价都得到了有效控制。
系统的动态也能很好的控制，其输出频率和电压都在逆变器内完成控制和调节，调节速度快，调节过程中频率和电压能很好配合。
PWM 逆变器由于输出波形接近于正弦波，对电机提供了较好电源波形，避免了电机由于电源矩形波引起的电机发热和转矩降低等问题。
（PWM逆变器是依靠改变脉宽控制其输出电压，通过改变调制周期来控制输出频率。
）
单个功率单元电路图：
输入端引入三相交流电经过三相二极管整流、电容滤波成直流，再经过单相逆变桥逆变
输出。
3 调试
3.1 调试准备
3.1.1 确认变频柜正确可靠接地。
3.1.2 变频器室清扫干净，通风良好。
确认变频柜所有风机风道通畅无杂物。
3.1.3 确认所有低压控制回路连接正确。
3.1.4 检查变频器输入变压器，螺丝机械紧固无松动。
3.1.5 对所有功率单元进行机械和电气连接外观检查。
3.1.6 检查并紧固柜间连接线，尤其是电流和电压反馈线。
3.1.7 检查变压器次级至功率单元的连线。
用电阻挡检查变压器次级每组副边到每个单元间的电阻，确认变压器次级绕组到每一个功率单元为一组输出且回路正常。
3.1.8 确认变频器380V辅助电源系统正常，两路电源切换系统正常可靠。
3.2 模拟调试
3.2.1 送入380V控制电源，检查所有风机的转向正确，冷却系统自下向上抽风，可用A4纸吸附风道过滤器上检测。
3.2.2 对变频器辅助电源送电，变频器各指示灯指示正确，现场操作箱指示灯正确。
按照变频器的参数和电机参数进行正确设置各项菜单参数。
在电机参数菜单1000中设置电机额定功率为410kW、电压为6000V、电流为49.6A、转速1490r/min。
变频器参数菜单2000中设置功率为450kW、额定输出电压6000V AC、额定输出电流70A。
3.2.3 拆除高压柜至变频器高压电缆，用三相自耦调压器对变频器输入变压器和功率单元进行加压测试。
连接三相调压器的输出端到变频器三相进线，逐渐增加输出电压一直到380V,检查每个功率单元的输入电压值。
3.2.4 通过拔除功率单元上的通讯光纤模拟在单元故障情况下单元旁路是否正常。
操作面板显示“Byps”在菜单（2610）功率单元故障调看。
3.2.5 确认上级电源高压开关在试验位置，在高压柜进行合闸、分闸正常。
再次合闸在高压变频柜和现场操作箱进行紧急停车按钮分闸试验，正常。
拆除三相调压器临时引线，并恢复接线。
3.3 不带电机调试
3.3.1 确认高压开关和所有高压电缆绝缘值大于10 M 。
3.3.2 拆除变频器至高压电机主电缆，恢复高压柜至变频柜高压电缆，推入工作位置，从6kV系统高压开关柜引入6kV电源至高压变频器输入变压器，设定变频器处于开环测试方式下（即不设现场高压电机速度检测反馈装置）。
就地启动变频器，从操作显示屏观察各单元运行是否正常。
在系统接口板上检测电压VIA=AC 3.79V、VIB= AC 3.77V、VIC= AC 3.78V(电网电压为6.29kV)。
3.3.3 就地停止变频器，断开6kV高压开关并置试验位置。
3.4 带电机试运
3.4.1 恢复连接电机和变频器的主电缆，变频器控制方式设为开放矢量模式。
3.4.2 确认高压电动机机械、电气状态正常。
3.4.3 就地启动变频器，通过变频柜液显屏调速指令4-20mA范围进行调速，在液显屏上检查转速、电流是否和现场控制箱上显示一致，另可通过DCS进行调速试验和工艺连锁跳车测试，确认DCS相关数据与变频柜数据一致。
3.4.4 现场确认高压烃泵运行无异常，监测电机绕组温度。
空载试运2小时正常后，负荷运行4小时。
负荷运行数据如下：运行电流： A泵 35A B泵 40A
电机绕组温度： A泵 73℃ B泵 80℃
4 部分故障分析
4.1 6kV高压开关跳闸原因
4.1.1 380V辅助电源丢失会造成高压变频器故障，致使高压开关跳闸。
4.1.2 变频器的冷却风机，风道的不畅会导致风机过载，另外冷却风机电源缺相，都会使风机故障，造成高压变频器跳闸，高压开关跳闸。
4.1.3 变频器输入变压器的超温（＞190℃且维持30秒）。
4.1.4 变频器在运行时柜门没有关闭好。
4.1.5紧急停车按钮没有复位，确认变频柜、现场、DCS急停按钮位置。
4.2变频器柜跳闸原因
4.2.1 6kV系统输入电压低于额定电压55%，高于额定电压120%。
4.2.2 输入变压器两次侧故障短路。
4.2.3 电动机过载，检查电机保护菜单（1120）中的过载电流设定值参数（1140）是否设定正确。
电机参数菜单（1000）和变频器参数菜单（2000）中的设定值与变频器和电机的额定参数是否一致。
或者在系统接口板上 IMB和IMC测试点检测电压是否在AC 0-3.54V之间。
4.2.4 电动机过压，检查电机参数菜单（1000）和变频器参数菜单（2000）设置是否正确。
或者在系统接口板VMA/TP5、VMB/TP6、VMC/TP7测试点检测电压是否在AC 0-3.82V之间。
4.2.5 变频器过流，检查电机参数菜单（1000）和变频器参数菜单（2000）设置是否正确。
或者在系统接口板上IMB和IMC测试点检测电压是否在AC 0-3.54V之间。
5 结束语
完美无谐波高压变频器采用单个功率单元电压叠加的方式高压输出，解决了高压大功率半导体技术的难题。
逆变器则采用单元串联多电平脉宽调制（PWM）逆变方式，能输出近乎完美的正弦波电压，无需使用外部输出滤波器。
每个功率单元都采用抽屉式设计，方便维护更换。
另外支持变频运行和工频运行在线的同步切换，有效的减少了变频器故障对电动机运行的影响，增加了电机的可靠运行。
本人也是初次接触高压变频器，真诚欢迎各位同仁批评指正。
参考文献：
1. 美国罗宾康完美无谐波高压变频器成套资料
2. 《最新实用交流调速系统》吴安顺。