本文以6SC3716-6FG03-Z型變頻器為例，主要介紹了性能參數及其主電路結構。結合水廠多年運行實踐及維修經驗，較為詳細的介紹了該型號變頻器的日常維護保養、常見故障的查詢、清除及其處理。希望能起到拋磚引玉的作用，為同行們提供可以借鑒的經驗或幫助。
1 引言
近年來，變頻器以其高效節能、調節方便的特點在各行各業中得到了日益廣泛的應用，供水行業中，主要將大功率變頻器應用于送水泵房(或稱二泵房)的送水機組，充分發揮其變頻調速的作用，以適應管網出水壓力和流量的經常變化，從而達到調節凈水廠出水壓力和流量的目的，以滿足市政管網的要求。同時，采用變頻器不僅可通過調節其輸出頻率改變電機的轉速和水泵的供水流量，代替以往閥門調節，達到節能的目的，而且可通過調速機組、定速機組或不同功率的調速機組的搭配運行，使其在出水壓力和流量經常變化的情況下，仍能使整個機組保持高效運行，從而達到機組優化運行的目的。
2 變頻器基本情況介紹
深圳市水務集團梅林水廠是深圳市供水量最大的自來水廠，94年建成投產，日設計供水能力60萬噸，目前實際日供水能力近50萬噸，送水泵房共有送水機組8臺，單臺電機功率均為1000kW，其中4臺定速機組采用高壓10kV電機，4臺調速機組采用低壓690V電機，并給低壓電機配備了配套的西門子變頻器, 型號為6SC3716-6FG03-Z。
2.1變頻器基本性能參數介紹
變頻器有關技術參數(其中括號內數據為額定輸入電壓為660V時所對應的數值)為:
(1) 額定輸入電壓UN:三相交流，頻率50/60Hz，電壓(660)690V，電壓波動范圍:-15%-+10%;
(2) 直流線電壓UdN:(870)910V;
(3) 輸出頻率fU:U/f=常數時，0-120Hz;
U=常數時，16-160Hz ;
(4) 額定輸出總功率SG:(1500)1568kVA;
(5) 60s峰值輸出總功率SGKB:(2250)2352kVA;
(6) 最大連續輸出總功率SDB:(1875)1960kVA;
(7) 額定電流IN:1312A;
(8) tSD=300s時峰值電流IB:1968A;
(9) 最大連續電流IDB:1640A;
(10) 1s輸入最大額定允許短路電流:
(a) 沒有主開關時90kA;
(b) 有主開關時70kA;
(11) 能耗(功率損失):
(a) 在額定電流且fU=50HZ時，33.5kW;
(b) 在額定電流且fU<25Hz時，37.4kW;
(12) 工作溫度:0-40℃;
(13) 功率因數:CosΦU<0.9;
(14) 效率(功率損失)ηU:>0.97.
2.2 變頻器主電路
變頻器的主電路原理簡圖如附圖所示，圖中A1與A2，A3與A4，A6與A7電路結構均完全相同。
變頻器主電路由輸入、整流、濾波、逆變四部分組成，三相交流電經整流濾波變為直流，直流再逆變為頻率電壓任意可調的三相交流電。直流中間環節并聯電容，由于大電容的作用，主電路直流電壓比較平穩，內阻很小，具有電壓源的特性，屬電壓型變頻器，在異步電動機的調速系統中，因電動機為感性負載，電容同時兼作緩沖無功功率的儲能元件。
逆變部分采用為門極可關斷晶閘管(簡稱GTO，Gate Turn Off Thyristor)。逆變部分的每個橋臂均由一個GTO(VT1-VT6)和一個反向并聯的續流二極管(VD1-VD6)所組成，續流二極管的作用是為負載的滯后電流提供一條反饋到直流電源的通道，故又稱為回饋二極管。逆變器采用正弦波脈寬調制(即SPWM)方式，整流部分直接采用不可控二極管整流器件，使電網側功率因數和波形大大改善。
對負載電動機而言，電壓型變頻器是一個交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅動多臺電動機并聯運行，具有不選擇負載的通用性。
3 變頻器的日常維護保養及其注意事項
3.1 變頻器的選型及安裝注意事項
變頻器的選型除一般須注意的事項(如輸入電源電壓、頻率、輸出功率、負載特點等)外，還要求與相應的電機匹配良好，要求在正常運行時，在充分發揮其節能優勢的同時，避免其過載運行，并盡量避開其拖動設備如水泵的低效工作區，以保證其高效可靠運行。
變頻器的安裝環境須盡量做到清潔無塵，并具有良好的通風散熱環境，有條件的可考慮墻側底部進風屋頂排風的通風方式，且變頻器安裝時，其頂部及側面須留足最小散熱距離，以利于變頻器的散熱，另外，變頻器對環境濕度也有一定的要求，濕度過高，變頻器本身的電氣絕緣降低，母排等金屬部分容易腐蝕，而濕度過低又容易致使絕緣破壞，一般濕度保持在40%-90%為宜。
3.2 變頻器的日常巡視
認真做好變頻器的日常巡視檢查工作，巡視內容主要包括:周圍環境溫度、濕度是否合符要求，門窗通風散熱是否良好;變頻器下進風口、上出風口是否積塵或因積塵過多而堵塞;變頻器運行參數是否正常，有無報警;整流柜、逆變柜內風扇運轉是否正常;電抗器是否過熱或出現電磁噪音;變頻器內是否有振動或異常聲音;電容器是否出現局部過熱，外觀有無鼓泡或變形，安全閥是否破裂;已停用的變頻器加熱器工作是否正常。
3.3 變頻器的日常維護保養及其檢修工作
認真做好變頻器的日常維護保養及其檢修工作，內容主要包括:
(1) 定期(如三個月)對變頻器進行除塵，重點是整流柜、逆變柜和控制柜，必要時可將整流模塊、逆變模塊和控制柜內的線路板拆出后進行除塵。變頻器下進風口、上出風口是否積塵或因積塵過多而堵塞。變頻器因本身散熱要求通風量大，故運行一定時間以后，表面積塵十分嚴重，須定期清潔除塵。
(2) 將變頻器前門打開, 后門拆開, 仔細檢查交、直流母排有無變形、腐蝕、氧化，母排連接處螺絲有無松脫，各安裝固定點處堅固螺絲有無松脫，固定用絕緣片或絕緣柱有無老化開裂或變形，如有應及時更換，重新緊固，對已發生變形的母排須校正后重新安裝。
(3) 對線路板、母排等除塵后，進行必要的防腐處理，涂刷絕緣漆，對已出現局部放電、拉弧的母排須去除其毛刺后，再進行處理。對已絕緣擊穿的絕緣板，須去除其損壞部分，在其損壞附近用相應絕緣等級的絕緣板對其進行隔絕處理，緊固并測試絕緣并認為合格后方可投入使用。
(4) 整流柜、逆變柜內風扇運行及轉動是否正常，停機時，用手轉動，觀察軸承有無卡死或雜音，必要時更換軸承或維修。
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(5) 對輸入、整流及逆變、直流輸入快熔進行全面檢查，發現燒毀及時更換。
(6) 中間直流回路中的電容器有無漏液，外殼有無膨脹、鼓泡或變形，安全閥是否破裂，有條件的可對電容容量、漏電流、耐壓等進行測試，對不符合要求的電容進行更換，對新電容或長期閑置未使用的電容，更換前須對其進行鈍化處理。濾波電容的使用周期一般為5年，對使用時間在5年以上，電容容量、漏電流、耐壓等指標明顯偏離檢測標準的，應酌情部分或全部更換。
(7) 對整流、逆變部分的二極管、GTO用萬用表進行電氣檢測，測定其正向、反向電阻值，并在事先制定好的表格內認真做好記錄，看各極間阻值是否正常，同一型號的器件一致性是否良好，必要時進行更換。
(8) 對A1、A2進線柜內的主接觸器及其它輔助接觸器進行檢查，仔細觀察各接觸器動靜觸頭有無拉弧、毛刺或表面氧化、凹凸不平，發現此類問題應對其相應的動靜觸頭進行更換，確保其接觸安全可靠。
(9) 仔細檢查端子排有無老化、松脫，是否存在短路隱性故障，各連接線連接是否牢固，線皮有無破損，各電路板接插頭接插是否牢固。進出主電源線連接是否可靠，連接處有無發熱氧化等現象，接地是否良好。
(10) 電抗器有無異常鳴叫、振動或糊味。
另外，有條件的可對濾波后的直流波形、逆變輸出波形及輸入電源諧波成分進行測定。
4 變頻器常見故障維修
變頻器維修的關鍵是找出初始故障點和故障發生的關鍵原因，在維修處理故障之前，須對變頻器的工作原理、結構、器件組成、功能等有深入的了解和認識，否則很難找到故障的真正原因，必要時可對相關元件器或電路板進行有針對性的替代，以排除故障，但替代前，須確保其余部件工作正常，且無其它故障存在，以防故障擴大或損壞新替代的器件。處理故障前應注意查看值班故障記錄及故障前變頻器的運行記錄(最好有相應的電腦記錄曲線)，主要包括電流、轉速、繞組及軸承溫度等，以便于故障的分析和檢查。當出現變頻器顯示某類故障，但故障排除過程中卻未發生相應故障的情況，此時應仔細檢查故障檢測元件或故障信息處理系統有無問題。
故障檢查或維修時，注意須先切斷電源，將變頻器的輸入變壓器進線側的高壓柜斷路器搖出，并將變頻器A1、A2進線柜主開關斷開，且須等斷電8min電容放電完畢后，方可打開柜門進行維修，切忌停機后立即進行檢查。因變頻器額定運行時，其直流母排電壓可達到1000V左右，且濾波所用電解電容，數量達120個，單個容量6800μF，儲存了大量的電能，停機后須待電容模塊前的電壓平衡電阻將其放電，電壓降低后(其放電時間為8min)，方可開柜進行檢查。
4.1 故障信息的查詢、閱讀及清除
(1) 查詢、閱讀故障信息。在變頻器預備(即“Ready”)狀態下，按44P，屏幕出現S44程序組對話柜，再按“P”鍵進入報警信息對話框，通過“+/F1”或“-/F2”鍵查詢、閱讀相應故障信息，再按“R”鍵回到變頻器預備(即“Ready”)狀態。
(2) 故障信息的清除:在狀態顯示模式下, 輸入“P597 P”，選擇程序P597, 輸入清除代碼“11597”，按“*”鍵確認后，即可清空相應故障信息，再按“R”鍵:返回至狀態顯示模式。
4.2 常見故障及其處理
以下元件標號如A9、A81、A41、F1、V1等均為變頻器實物及技術圖紙標號，切勿與圖1原理圖中的元件標號混淆。
(1) Group fault message 11 FUSE BLOWN
二級故障代碼分別為:126 FUSE BLOWN、337 BLOWN FUSE INV2和332 BLOWN FUSE RECT2。
126 FUSE BLOWN或337 BLOWN FUSE INV2一般為逆變直流輸入快熔兩端的電壓值超過20V或快熔燒毀或安裝不牢接觸電阻過大，處理方法為仔細檢查A6、A7柜中的F51和F52是否存在上述問題，及時更換或處理后重新安裝。
332 BLOWN FUSE RECT2此故障一般為A3、A4柜整流模塊中至少有一個快熔已經燒毀，致使其相應的快熔監視器輸出動作，停機并顯示相應故障信息，此時應首先仔細檢查A3、A4柜中整流模塊A41、A42、A43中F1、F2快熔是否燒毀，同時還須:
(a) 對整流模塊A41、A42、A43中整流二極管V1、V2進行檢查，用萬用表的二極管測量檔仔細測量其正向、反向電阻值，看二極管有無反向擊穿，如若發現反向電阻值變小或接近零，應對其進行更換;
(b) 仔細檢查整流后的直流電路有無短路或異常，直流回路中的正負極母排間絕緣板有無絕緣擊穿、老化、燒焦等痕跡，正負極母排尖角及轉變處有無拉弧短路，母排是否因長期發熱變形或短路電流的熱效應致使母排碰殼或對地短路;
(c) 仔細檢查A5柜中的各電容有無發熱，變形、鼓泡，其頂部橡膠安全閥有無破裂;
(d) 仔細檢查快熔兩端連接是否牢固，快熔監視器輸入、輸出線接頭插入是否牢固;
(e) 仔細檢查至控制柜A8中的A81線路板(即ISTS模塊)的X31插頭和A9線路板的X133插頭聯接是否可靠，有無松動。
(f) 仔細檢查至控制柜A8中的A81線路板中的F2保險有無燒毀，必要時更換。
(2) Group fault message 14 OVERCURRENT
變頻器常易出現的過流代碼為:125INVOVER CURRENT、329 OVERCURRENT INV2。
當一相或多相輸出電流在15ms內連續或兩次超過設定過流值的次數超過允許次數時，顯示此故障信息。此時應認真對以下項目進行檢查:
(a) A6柜、A7柜電流檢測部分即輸出電抗器L3的極性是否接反;
(b) 輸出電抗器L3(對應三相分別為R11、R21、R31)至A8柜中的A8線路板即IST模塊或A81線路板即ISTS模塊之間的連接線X21、X22、X23是否牢固，插頭有無松動;
(c) IST或ISTS模塊有無損壞;
(d) A8柜中A9-A2線路板(即ICS模塊)損壞。
(3) Group fault message 15 OVERVOLTAGE
二級故障代碼為:129Ud>max、335Ud2>max. VALUE。
故障129表示:主電路電容濾波部分直流母線電壓已超過其最大電壓值。335表示:逆變部分直流母線電壓已超過其最大電壓值。此時應對以下項目進行檢查:
(a) 取樣反饋回路有無故障;
(b) 檢查變頻器內部相應參數設置，電機最大轉矩是否設置太高，如果太高，進行相應調整;
(c) 用萬用表檢查輸入電源電壓，看輸入電壓是否在允許范圍內，是否存在輸入電壓過高的問題，如輸入電壓長期過高，可通過調整變壓器高壓側分接開關抽頭位置，改變輸出電壓;
(d) 電網電壓是否穩定，是否存在瞬時高壓的可能，相當一部分故障報警是由瞬時高壓所造成的。
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(4) Group fault message 16 OVERTEMPERATURE
二級故障代碼分別為:137INV. OVERTEMP.、340 OVERTEMP. INV.2。
故障代碼137表示:逆變柜內溫度開關或逆變柜風扇溫度檢測電路板輸出繼電器動作時間超過4min，故障代碼340表示:逆變柜內溫度開關或整流柜、逆變柜風扇溫度檢測電路板輸出繼電器動作超過4min。此時應對以下項目進行仔細檢查:
(a) 風扇三相電源連接是否正常，接頭是否松脫，電機有無反轉;
(b) 風扇轉動時, 機械噪音是否過大, 風扇轉速是否偏慢，如果出現此種情況，停機后用手試轉，看其軸承轉動是否靈活，有無機械卡死或雜音，如存在此種情況，及時更換軸承;
(c) 環境溫度是否過高(高于40℃)，房間門窗是否過于嚴實，致使房間整體通風量不夠，熱量不易散發，此時應注意加強通風，改善周圍環境溫度，有條件的可采用墻側底部進風，房屋頂部排風的方式，以加強空氣對流;
(d) 逆變柜內溫度開關老化, 致使其誤動作, 及時更換;
(e) 整流柜或逆變柜風扇溫度檢測電路板損壞, 及時更換。
(f) 整流柜或逆變柜風扇溫度檢測元件老化，致使風扇溫度檢測電路板誤動作，及時更換。
(5) Group fault message 17 PRECHARGE TIME
常見二級故障代碼為:132 PRECHARGE T > max。
其故障原因為在允許的預充電時間(可通過S50中的P393子程序進行設定)內直流母線電壓沒有達到預充電電壓的設定值(此值與額定輸入電壓有關)。此時應對以下項目仔細檢查:
(a) 仔細檢查A1、A2柜內的預充電接觸器K2和預充電電阻R1、R2、R3是否完好，電氣連接是否正常;
(b) 整流部分有無故障;
(c) 直流部分有無短路或松脫;
(d) 設定的額定電壓是否高于實際輸入電壓，或電網電壓波動致使電壓偏低，輸入電源電壓已低于設定額定電壓10%以上。如額定電壓設定不對，須在S43中的P545重新設定，如電網電壓暫時偏低，須待電網恢復正常并且穩定后方可開機;
(e) IST電路板損壞，及時更換。
(6) Group fault message 18 M-CONTACTOR
二級故障代碼為:133 M-CONTACTOR 它表示主接觸器或風扇合閘指令發出以后，控制線路無法檢測到主接觸器或風扇合閘的反饋信號。此時主要檢查以下項目:
(a) 進線柜A1、A2中的主接觸器K11、K12、K13是否合閘，有無故障;
(b) 控制柜A8內的控制接觸器K31、K32是否合閘，或合閘后，其所有控制觸頭接觸是否良好;
(c) 相應的控制線或反饋線是否電氣開路;
(d) 控制柜A8內的IST電路板中的X42插頭3、4端連接是否牢固;
(e) 控制柜A8內的IST模塊損壞，及時更換。
(7) Group fault message 20 OVERLOAD
此故障很少出現，一般只要變頻器與電機選型正確，匹配良好，調試時對電機額定參數及其保護參數正確設定之后，大型供水電機在正常運轉的情況下很少出現過載故障。
在變頻器調試好以后，其余故障一般很少出現，故不一一贅述。
5 案例分析
2004年2月，我廠送水泵房3#變頻器在正常開機幾小時后，突然發出爆炸聲，停機檢查，發現變頻器兩個進線柜均有一組主接觸器拉弧，觸頭損壞，整流柜六個快熔燒毀，電容柜上部直流正極分支母排變形后直接對地短路，電容柜右側直流正極母排嚴重變形，電容柜柜體上部及部分電容表面變黑，部分電容表面覆有銅粉，電容柜右側上部第一組部分電容上部出現明顯裂痕，并出現滲油。
針對上述故障現象，可將變頻器進線柜、整流柜、電容柜背板全部拆開，進行全面檢查，更換已損壞的主接觸器動靜觸頭和整流快熔。將電容柜電容組拆下，右側直流母排松開，卸下已變形的直流正極母排，校正后重新進行安裝，之后對直流母排絕緣電阻進行檢查，絕緣電阻在500MΩ以上。對電容柜全面電容清潔除塵，并進行外觀檢查，檢查發現除右側第一組個別電容外，其余電容均未發現開裂、鼓泡、漏油等現象，對所有電容進行了電容容量、漏電流和耐壓檢查，其中多個電容不同程度存在漏電流過大的問題，個別電容漏電流甚至超過儀表檢測量程。由此可知，外觀無異常的電容其容量、漏電流和耐壓等參數指標不一定合符要求，外觀檢查僅只是一種粗略的、大概的檢查方式。對整流柜中的二極管好壞進行檢查，經查二極管均無損壞。
究其原因，一方面因為電容使用近十年后部分老化，電氣性能下降，漏電流過大致使電容發熱，母排電流明顯增大。另一方面可能運行時輸入電源諧波分量過大，經整流后諧波分量直接疊加在基波上，其交流諧波成分致使電容穿透電流加大，發熱增加，并使疊加后的線路電壓出現高壓。其次電容柜尖端放電現象特別明顯，分枝母排轉角處正負極及電容正負極出現拉弧短路，可能是由于電網的瞬間高壓所造成。另外電容表面積局部輕微積塵致使絕緣電阻下降，也是導致事故的原因之一。
當局部出現短路后，在電弧作用下空氣迅速電離，同時母線銅排、銅板尖端及直角尖端放電、拉弧熔化，氣體銅分子迅速彌漫在電容柜上部，空氣絕緣電阻急劇下降，使整個空間成為良好的導電體，短路電流急劇增加，母排發熱變形，右側頂端正極分枝母排拉曲變形后直接對地短路，致使整流柜快熔和主接觸器觸頭在短路電流的作用下損壞。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
