给水泵高压变频器故障频发原因分析和防范措施(张斌鹏曹亮)

惠州LNG电厂典型设备故障案例案例名称给水泵高压变频器故障频发原因分析和防范措施案例属性设备故障编写部门设备部－电气分部作成日期20160630编写人员张斌鹏曹亮审核领导1.【故障情况说明】自2012年12月我厂三套高压给水泵变频器投产以来#1和#3故障频发、居高不下（历次故障见附表），远远超过生产厂家平均故障率0.3次/年的水平，最近由于电容爆炸等待更换电容停运达到20天。从历次故障简表来看，投产至今三套高压给水泵变频器共13次故障，除了三次由于雷雨天气原因造成保护动作外，其它均为#1和#3机组变频器的变频功率模块故障，包括4次电容故障，6次光纤或驱动故障。机组故障时间故障情况备注12013-07-19_20:50:34变频器“负载过流”跳闸（雷雨天气），功率模块无故障。产品型号:HARSVERT-VA06/210出厂编号:12437额定容量:2305kVA生产日期:2012.09投运日期:2012.1212015-09-18_15:54:04功率模块C4、C5“驱动故障”。电容喷液。12016-04-19_运行中重故障跳闸，就地检查控制面板上功率模块报警为：B1“光纤故障XR”、C1C2C3C4“过压”、C5“电源故障”。当晚停机后，变频装置重新上电，复归报警，只有B1功率模块(出厂编号：12081243700-004)“光纤故障XR”未复归。电容喷液。12016-4-30_功率模块B3“光纤故障XR”。电容爆炸。12016-6-12_功率模块A4“驱动故障”。A4功率模块即为刚从北京利德华福公司修复寄回的原04月17日#3炉高压给水泵变频装置B4故障功率模块(出厂编号：LHE1303005020-002)。22015-08-16_14:43:58变频器“负载过流”跳闸（雷雨天气），功率模块无故障。产品型号:HARSVERT-VA06/210出厂编号:1310039-20额定容量:2305kVA生产日期:2013.12投运日期:2014.0232013-06-14_20:13:11功率模块C4“驱动故障”。产品型号:HARSVERT-VA06/210出厂编号:1303005-20额定容量:2305kVA生产日期:2013.04投运日期:2013.0632013-07-19_20:53:53变频器“负载过流”跳闸（雷雨天气），功率模块无故障。32013-09-28_14:07:07功率模块C4“光纤故障XR”。32013-09-28_23:58:20功率模块C5“光纤故障XR”。32015-06-10_22:33:56功率模块A3“光纤故障XR”。32016-04-17_12:38先自动停运后功率模块B4“驱动故障”。04月14日，#3炉高压给水泵变频装置运行中自动停运，上游6kV开关并未动作，仍保持合闸状态，就地检查变频装置控制柜面板上无任何报警，检查热控和运行并无异常情况。04月17日，变频装置重新上电，试运2分钟即报B4功率模块(出厂编号：LHE1303005020-002)“B4驱动故障”。该报警可复归，复归后运行超过10分钟无异常。安全起见，将此功率模块返厂检查维修。32016-05-19_21:13功率模块B2“驱动故障”。电容爆炸。2.【故障原因】电容故障（喷液或爆炸）#1机组出现3次、#3机组出现1次，较为严重的两次为：2016年04月30日，#1机组运行中高压给水泵高压变频装置重故障跳泵，备用泵联启。现场控制面板报B3功率模块（出厂编号：12081243700-011）“光纤故障XR”、B4“过压”。现场检查发现B3功率模块内部一只电容器爆炸，电容液等爆炸物波及其他相邻模块，并引发变频室气溶胶消防系统烟雾报警，B3功率模块彻底报废。图12016年04月30日B3功率模块故障照片2016年05月19日，#3炉高压给水泵变频装置运行中报B2功率模块“驱动故障”，现场检查发现，功率模块电容发生爆炸，高温电容爆炸物喷溅到功率柜柜门滤网上，引燃滤网产生明火。幸亏运行值班人员及时发现火情，使用干粉灭火器扑灭明火。图22016年05月19日B3功率模块故障照片驱动故障或光纤故障#1机组出现1次（故障模块实际为#3机组故障修后模块）、#3机组出现5次。从功率模块维修的故障分析报告来看原因为单元控制板模块电源输入短路、驱动板光耦输出峰值低等，另外还存在修后模块重复出现驱动故障的问题，厂家判断和某些器件输出不稳定有关。#1和#3机组高压给水泵变频器分别于2012年12月和2013年6月投运，共发生产品质量原因故障10次，电容故障在两套变频器故障中危害最大，检查两套变频器功率模块的电容均为国产同品牌同型号的电容器，已全部更换两台机所有电容225*2个；6次驱动故障或光纤故障全在#3机组出现，且出现过故障原因不明的跳闸，可以确定厂家产品质量存在很大的不稳定性，而#2机组高压给水泵变频器于2014年02月投运，至今未发生产品质量原因的故障。3.【处理方法】在#1、#3机高压给水泵变频功率模块电容连续故障（喷液、爆炸）后，我厂停运了三台机组变频器改工频运行，向变频器厂家连续两次去函，要求立即处理功率模块质量缺陷问题，经过沟通厂家同意更换三台机高压给水泵功率模块全部电容器，并于06月11日完成了#1和#3机变频模块电容的更换，经检查#2机组变频模块全部采用进口品牌电容，无发生故障所以未更换。图3新旧电容及进口电容照片在2016年6月12日#1机组高压给水泵更换电容后，变频器恢复投运后2小时左右，功率模块A4又报“驱动故障”导致停运，而功率模块A4则是刚送厂家修好寄回的模块。因此，我厂向厂家第三次去函，要求厂家重视功率模块生产、维修质量问题，此次去函直接发至厂家领导层，得到了积极答复，厂家同意免费维修此故障模块，并请质量专家在维修中心做特别分析，确定故障的根本原因。4.【暴露问题】给水泵高压变频器功率模块故障其影响在于：1、由于故障频发甚至电容爆炸，虽每次切换交流备用泵均成功，但在厂内造成了不良的影响。2、变频故障切工频泵之间靠逻辑切换，一旦切换失败，给水流量不能保障将会引起跳机，造成的不良社会影响和经济损失。3、由于故障频发随时都有可能跳泵，变频器不敢投入，变频器不投入也已经造成直接的节能电量损失。针对以前发生的故障情况，在电容器发生爆炸事件之前，我们已要求厂家安排技术人员在现场对每一个功率模块进行了检测，确定了各元器件板卡外观是否完好、电容值是否有偏差，IGBT是否正常。事实证明现场检查不足以消除全部产品的质量缺陷，电容爆炸后目前已更换整套电容器，但从光纤或驱动故障发生的机率来看，仍然给我们造成了很大的安全生产压力，而要彻底杜绝变频模块光纤或驱动故障等问题，却只能要求厂家加强产品质量控制来解决。5.【防范措施】1、继续联系厂家，重视故障模块的故障分析报告和结果，督促厂家改进产品质量，将变频模块光纤或驱动故障的发生几率降到最低。2、重视变频泵故障后工频泵自动启动的切换试验，每次检修或更改DCS逻辑后必须实际模拟切换，保证变频/工频泵100%成功切换。3、高压变频装置的对运行环境要求很高，为此在设计之初就考虑设立了单独的给水泵变频室，冷却方式采取室内空调冷却方式，严格控制室外粉尘的进入，将室内温度控制在30度左右。4、建议在后续高压变频设备选型和采购过程中采取的防范措施：①采购质量优良的进口品牌或合资品牌的高压变频产品；②指定变频功率模块内电容、IGBT等关键部件的具体品牌；③在合同中明确产品故障率大于平均故障率后的违约办法。