В процессе эксплуатации после 3 лет работы в течение 1,5 месяцев вышли из строя 12 IGBT-модулей преобразователей частоты хвостовых и пульпонасосов в одном из электропомещений промышленного предприятия. При этом в другом электропомещении с аналогичным назначением и идентичными преобразователями частоты, питающими хвостовые и пульпонасосы от тех же секций подстанции, подобной ситуации не наблюдалось. При отказах ПЧ кроме вышедших из строя IGBT-модулей не зафискировано повреждений другого оборудования.
Определить причину выхода из строя преобразователей частоты: заводской брак/ нарушение условий эксплуатации или режимов работы/нарушение правил эксплуатации/ некачественная электрическая энергия/ действие непреодолимой силы/ или иное?
Несудебная, для внутреннего пользования в целях предотвращения последующих выходов из строя преобразователей частоты.
Аналитические, органолептические (на основе анализа восприятий органов чувств), фотографические, рентгенографические, микроскопии, измерения.
Выполнен анализ документации от эксплуатирующей и сервисной компании, в том числе выгрузки профилей тока и частоты вращения электродвигателей, запитанных через ПЧ, предшествовавшие выходу из строя IGBT-модулей, коды ошибок, результаты измерения напряжения и др.
II. Осуществлен выезд на предприятие, в ходе которого:
В лабораторных условиях осуществлено вскрытие IGBT-модулей.
IV. Для определения химического состава промышленной пыли образцы (воздушные фильтры ПЧ из разных электропомещений) были переданы в ОмЦКП СО Российской академии наук, где выполнено их исследование методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и методом энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС) с использованием микроскопа JSM-6460LV “JEOL”, оснащённого спектрометром рентгеновского микроанализа INCA x-Act «Oxford Instruments».
V. На лабораторной установке выполнено измерение сопротивления образцов пыли из различных помещений.
VI. По план-схемам выполнен анализ взаимного расположения помещений промышленного предприятия и устройства системы вентиляции помещений.
1. Выход IGBT-модулей на различных преобразователях ПЧ хвостовых насосов и пульпонасосах, отсутствие повреждений двигателей и др. оборудования позволяют косвенно судить о том, что гипотеза о внешних воздействиях, связанных с повреждением электрооборудования трансформаторной подстанции предприятия или электродвигателей соответствующих насосов, не подтверждается.
2. Результаты замены IGBT-модулей, выполненные эксплуатирующей организацией путем перестановки IGBT-модулей из одного помещения в другое, для выявления причины выхода из строя, привели к аналогичному выходу из строя IGBT-модулей из первого помещения во втором помещении. Это косвенным образом позволяет установить, что аппаратура ПЧ и ее настройка не оказывала влияние на отказы IGBT-модулей.
3. Показатели качества электроэнергии кроме кратковременной дозы фликера, находятся в допустимых диапазонах. Колебания напряжения могли оказать влияние на работу ПЧ, но влияние фликера с максимальными значениями на уровне 3,59 % на повреждение IGBT-модулей представляется маловероятным.
4. При осмотре поврежденных IGBT-модулей выявлены как следы гари на платах и корпусе, так и следы загрязнений в виде пыли, носящей мелкодисперсный характер.
5. Результаты фиксации измерений ПЧ показывают, что внешние повреждения и выход уровня нагрузки за пределы допустимого диапазона отсутствовали. Напряжение ПЧ на момент измерений не выходило за пределы нормируемого диапазона.
6. Имеющаяся защита ПЧ (IP42) не предназначена для защиты от пыли, фактический размер частиц которой составляет 10 мкм и менее.
7. Анализ химических элементов показывает наличие металлов в пыли. Указанная пыль попадает через систему приточной вентиляции.
8. Результаты испытания сопротивления образцов пыли показали, что пыль не является электропроводящей.
9. Расположение цеха флотации в непосредственной близости от помещения, в котором происходили выходы из строя ПЧ, и смежное расположение систем приточной и вытяжной вентиляции указанных помещений создают риски для возникновения соответствующих загрязнений в окружающем воздухе электропомещения. Указанные загрязнения могут привести к изменению химического состава и влажности воздуха, поступающего из приточной вентиляции.
10. Постоянный фактор загрязнения, возможное изменение влажности воздуха, наличие меди и марганца в пробах пыли создает предпосылки для оседания и накопления пыли на драйверах IGBT-модулей. Критическое накопление пыли на поверхности драйверов обусловливает возможные сбои в управлении IGBT-транзисторами, некорректной работе и сквозных коротких замыканиях, приводящих к выходу IGBT-модулей из строя.
11. Результаты рассмотрения различных версий повреждений приведены ниже.
12. Применительно к фактическим условиям эксплуатации проведение ежегодного технического обслуживания (рекомендованного производителем) для сложившихся условий является недостаточным.
13. Выход из строя преобразователей (IGBT-модулей) произошел не по причине невыполнения эксплуатационным персоналом требований по техническому обслуживанию, а по причине несоответствия условий эксплуатации преобразователей частоты фактическим условиям, степени защиты IP42 ПЧ и периодичности технического обслуживания в электропомещении. Указанное несоответствие является следствием недостаточной проработки вопроса на этапе проектирования.
Рекомендации.
Несоответствие степени защиты условиям эксплуатации преобразователей частоты обусловливает необходимость подготовки проекта, содержащего мероприятия по усилению пылезащищенности помещения, изменения степени защиты оборудования или координации степени защиты с условиями окружающей среды, а также разработку регламента технического обслуживания, соответствующего фактическим условиям эксплуатации оборудования.
Незевак В.Л., Ушаков С.Ю., Эрбес В.В., Маслов А.Ю.