西门子SM150 中压变频器稳定运行措施

王长久

（北京天地华泰矿业管理股份有限公司，北京 100013）

0 引 言

散热效率直接影响变频器的可靠性和使用寿命，甚至直接在恶劣条件下损坏功率器件[1]。变频器发热主要是由功率器件的损耗引起的。功率器件本身对温度非常敏感，温度的变化会影响功率器件的开关特性，从而准确地影响变频器的性能。分析功率器件的损耗特性可优化变频器的散热设计，确保变频器的稳定可靠运行[2]。

1 中压变频器运行中的故障概述

变频器在运行期间容易发生故障，根据故障的性质，可分为严重故障和轻型故障，严重故障发生后会对机械设备产生重大影响。轻型故障主要涉及不影响变频器正常运行的故障，即故障发生后，只会对机械设备的性能产生一定的影响，导致设备磨损。在正常情况下，变频器故障可根据故障结构分为主控制系统故障、辅助设备故障、变压器线路故障及电源故障[3]。

2 提高变频器稳定运行可靠性的措施

2.1 静电敏感元件（ESD）防护

维护工作中避免接触电子元件，如果不得不在元件上开展作业，必须佩戴接地的防静电腕带；在防静电地面上穿上防静电鞋或套上防静电带。避免电子元件与电气绝缘材料，如塑料薄膜、塑料零件、绝缘涂层或合成纤维制成的衣服发生接触[4]。

2.2 抗干扰措施

（1）电缆布线。将易产生干扰的电缆和对干扰敏感的电缆分开布线，相距越远越好。电源电缆与信号电缆之间的距离应大于20 cm。在接地电位附近布设电缆，以提高抗干扰能力。为避免出现更多的耦合处，将长电缆截短，或将其敷设在不易受干扰之处。

（2）屏蔽连接。电缆屏蔽层不用于传导电流，即屏蔽层不可同时用作零线或者PE 线。对屏蔽层进行大面积接地，使用接地卡圈、接地端子或接地螺栓。避免有多余的屏蔽材料接触接地点，屏蔽效果会因此降低最多达90%。

（3）I/O 连接。对其他机柜、设备部件和I/O 设备进行接地时，应使用尽可能大截面的低阻抗电缆，电缆横截面至少为16 mm2。在机柜一侧将不使用的电缆接地[5]。尽可能加大电源电缆和信号电缆的距离，至少应为20 cm。

（4）电位方案。将0 V 电位相互连接并接地，可实现内部和外部电源的抗干扰耦合。

（5）电气要求。电缆长度（电机侧），1 或2 条并联电缆时为50 m，电容最大为0.45 μF/km；电缆长度（电网侧）为70 m；电源电缆横截面最大为240 mm2， 最多6 条电源电缆并联；机柜保护接地线横截面最大为120 mm2；连接辅助电源1 AC 230 V/50 Hz，最大导线横截面为4 mm2；连接辅助电源3 AC 400 V/50 Hz，最大导线截面为50 mm2。

2.3 控制参数的合理设置

对问题进行合理分析，了解控制参数的原因和保护范围，合理设置一组控制参数，提高中压变频器的可靠性[6]。设置和调整变频装置的技术参数，以避免控制偏差，并提高中压变频器的安全性。了解参数设置的标称功率，使用矢量控制计算电流和功率因数，合理了解相关参数，判断变频控制的准确性和一致性是否影响技术参数的准确性。控制参数的合理性和参数的智能控制尤为重要，是提高变频器可靠性的主要手段。

2.4 改进运行环境

（1）粉尘控制。保证环境的封闭性，变频器室电缆进出线口、变频器内部电缆进出线口及电缆桥架后加装盖板遮挡，接触面缝隙采用防火泥封堵，变频器柜的电缆孔洞用防火泥封严，变频器室门安装两道防护门。

（2）温度控制。采用空调制冷，安装大功率工业空调，将室内的热量排到室外，保证环境的干燥性与通风性。变频器室空调设定为22 ℃，变频器运行过程中设备会产生热量，使变频器工作环境在25 ℃，温度过高会造成变频器冷却不足，而温度过低则会引起变频器柜内结露。

2.5 变频器性能测试

随着变频器运行周期延长、外围环境及设备性能下降等因素，每2 年对PN 母线进行绝缘检测，以防绝缘阻值降低导致短路。环境温度变化影响电容容量，对电解电容进行充放电能力测试。需进行光纤测试，长时间使用或外部震动等其他原因会引起光损耗，谐波干扰等造成变频器偷停或报故障。发热及设备性能老化等，需测试IGBT 导通关断时间[7]。电机辨识、长时间运行及定子与转子漏感、互感等值会发生一定变化，需重新建立电机模型。

2.6 变频器日常维护标准

（1）日常巡检。变频器的工作电流、电压、频率、功率以及温度等诸多方面参数，巡检工作人员可以通过观察和倾听设备运行过程中的表现，记录输入输出参数以及相关告警信息。查看通风散热、震动以及气味等相关状况来对整个变频器的状态进行判断。

（2）周期性检查。主要是需要考察各部位的螺丝、插件等是否存在松动问题，器件是否存在过热或者腐蚀、锈蚀等状况，设备各部分工作参数是否保持在正常范围内，如电阻阻值、电容值、晶体管导通值等都。

（3）检修工作要求。第一，变频器开展作业时避免接触静电敏感元件，如果不得不在元件上开展作业，必须佩戴防护工具，如接地的防静电腕带，在防静电地面上穿上静电鞋或套上防静电带。电子元件不得放置在显示器、监视器或者电视机附近。离屏幕最小间距不得小于40 cm。避免电子元件与电气绝缘材料，如塑料薄膜、塑料零件、绝缘图层或合成纤维制成的衣服发生接触。电子元件仅允许接触防静电材料。用防静电毛刷对变频器内外灰尘进行清扫，注意变频器内部线缆及元件，防止器件及线缆损伤。第二，检查接线端子和母线连接螺栓是否松动。用力矩扳手把各动力线的连接螺栓紧固到要求值。第三，用大功率吸尘器对变频器灰尘进行吸除，对功率单元内部灰尘或模块难以清除的灰尘用氮气吹除，再次用吸尘器对柜内灰尘进行吸除。用防静电抹布对柜内没有器件的地方进行清扫，使柜内卫生清洁无尘。第四，检查各光纤接头、通信接头是否良好，检查内水冷各处有无渗水，管路中的软管有无老化现象，检查功率单元各处连接是否稳固。第五，检查充电电阻和其他元件有无老化现象。第六，检查电压互感器和电流互感器表面是否有裂纹，绝缘部件有无脱釉，接头点有无发热变色，接地线有无锈蚀。若有局部脱釉可用环氧树脂粘补。第七，检查电缆绝缘间隙及爬电距离是否合格。第八，检查接地刀闸的连接螺栓是否紧固牢靠，接地刀口接触面是否严实，有无缝隙，辅助触点是否良好。第九，变频器开展作业时遵守五项安全规程：断电；断开全部辅助设备；确保不会重新送电，确认无电压；接地并短接；遮盖和隔离临近的带电部件。第十，用绝缘监视仪测试电网的绝缘电阻大于20 MΩ。

3 结 论

对于变频器维护工作，除了坚持日常维护、合理维护及定期维护工作的有效开展外，还应注意检查和维护工作的细节。提高变频器的运行可靠性非常重要，通过监控参数的合理性，改善工作环境，可以保证中压变频器的质量及运行的安全性和可靠性。