化工厂工业锅炉风机变频器故障自动诊断技术研究

刘 操

（荆门盈德气体有限公司，湖北 荆门 448000)

摘 要：在化工厂中工业锅炉风机的变频器是关键的控制设备，变频器的故障可能导致生产中断,影响工厂的效率和安全。系统地研究了化工厂工业锅炉风机变频器故障的自动诊断技术，包括故障数据的采集与预处理、故障诊断模型的构建及自动诊断系统的整体架构设计，并通过建立实验平台进行数据测试与验证，验证了所提方法的有效性和实用性。

关键词：风机变频器;故障自动诊断技术;模型构建；数据预处理

在化工产业中，工业锅炉风机是核心组件，其连续稳定的运行对整个生产流程的效率和安全至关重要。变频器在调节风机运行速度、响应生产需求变化中的作用不可替代，其性能状态直接影响风机的操作效率与能源消耗优化。变频器故障不仅可能导致生产效率下降，还有可能引发安全事故，尤其是在连续制程的化工生产中。因此，确保变频器的高可靠性是提高整个工厂运行稳定性的关键。

1 变频器故障的分类及成因

1.1 硬件故障

硬件故障是变频器在长期运行过程中最为常见且危害性较大的故障类型，其主要包括功率模块损坏、散热系统失效、电解电容老化以及连接器接触不良等问题。功率模块(如IGBT模块)是变频器的核心元件之一，其工作频率通常在10～20kHz之间，长时间高频开关动作容易导致模块的热损耗增加,当模块温度超过其额定值（一般为150℃)时，半导体器件内部可能发生热击穿，导致模块失效。冷却系统的失效也是常见的硬件故障之一，散热风扇通常用于保持功率模块在额定温度范围内运行，风扇故障或通风不畅可能导致模块温度无法及时散热，进而引发热保护或设备停机。

电解电容是负责滤波和平滑直流电压的关键部件,随着运行时间的延长，其电容量会逐渐衰减，通常在使用5000~10000h后其容量衰减率>20%，导致输出电压波动增大，影响变频器的稳定性。

1.2 软件故障

软件故障是导致变频器运行异常的另一类关键问题，其主要包括参数设置错误、控制算法失效、固件升级不当以及通信故障等。变频器的控制逻辑依赖于精确的参数设定，包括加速时间、减速时间、过载保护值以及频率范围等关键控制参数。若参数未正确配置，如加速时间设置过短（<1s)，可能导致变频器在启动过程中出现过流保护或功率模块损坏。控制算法是决定变频器运行性能的核心部分，常见的矢量控制算法和恒压频比（V)控制算法如果在运行中出现数据溢出或算法逻辑错误，可能导致变频器无法准确调节输出电压和频率，进而引发负载波动或设备停机。固件升级过程中，由于程序兼容性问题或通信中断，可能导致固件版本不一致或部分代码损坏，进而影响变频器的正常运行。通信故障也是软件层面常见的问题之一，尤其是在多台设备通过Modbus、Profibus等通信协议联网时，通信数据帧的丢失或CRC校验错误会导致设备无法接收正确的控制指令，进而引发运行异常。

……