紙機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的故障檢修分析

彭迪輝

(湖南泰格林紙集團(tuán)沅江紙業(yè)，湖南沅江，413100)

紙機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的故障檢修分析

彭迪輝

(湖南泰格林紙集團(tuán)沅江紙業(yè)，湖南沅江，413100)

紙機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的交流變頻調(diào)速利用PROFIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議通訊格式來實(shí)現(xiàn)變頻器通訊及控制，筆者在總結(jié)維修實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對該電氣傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行中因紙機(jī)外部工藝參數(shù)變化而致使紙機(jī)車速不穩(wěn)定及某分部隨機(jī)跳停和變頻器硬件缺損等故障檢修進(jìn)行剖析。

紙機(jī);傳動(dòng)系統(tǒng);故障檢修分析;變頻調(diào)速

當(dāng)今紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)以交流變頻調(diào)速逐步取代以前的直流總軸及可控硅直流控制單元的傳動(dòng)方式。從一般要求的小范圍調(diào)速傳動(dòng)到高精度、快響應(yīng)、大范圍的調(diào)速傳動(dòng)，從單機(jī)傳動(dòng)到多分部協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，交流變頻調(diào)速都是利用PROFIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議通訊格式來實(shí)現(xiàn)變頻器通訊及控制。該傳動(dòng)系統(tǒng)具有高效率的驅(qū)動(dòng)性能及良好的控制特性，在現(xiàn)代造紙領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，筆者在總結(jié)維修實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對電氣傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行中因紙機(jī)外部工藝參數(shù)變化而導(dǎo)致車速不穩(wěn)定及某分部隨機(jī)跳停和變頻器硬件缺損等故障檢修進(jìn)行剖析，以供參考。

1 紙機(jī)車速不穩(wěn)定

紙機(jī)車速的穩(wěn)定不僅與電源電壓、電源頻率、變頻器有關(guān)，同時(shí)與紙機(jī)工藝參數(shù)變化有關(guān)。所以紙機(jī)車速不穩(wěn)的故障可分為變頻器內(nèi)部故障和造紙工藝及機(jī)械等的外部故障。

1.1 內(nèi)部故障檢修分析

內(nèi)部故障主要是變頻器自身發(fā)生故障導(dǎo)致紙機(jī)車速不穩(wěn)，其次是受高溫、潮濕等惡劣環(huán)境影響引起絕緣降低或擊穿的突發(fā)現(xiàn)象;變頻器自身元器件老化，如常見的電容老化失效漏電等。在紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中最為常見的變頻器過流、過載、過熱，輸出不穩(wěn)定，電流波動(dòng)大等故障，造成變頻器主電路驅(qū)動(dòng)模塊、IGBT、逆變模塊、整流橋、驅(qū)動(dòng)電路及充電電阻損壞率較高。其次是檢查變頻器相關(guān)的信號(hào)線、反饋線、通訊線負(fù)荷分配點(diǎn)之間的各輸入輸出線連接點(diǎn)是否良好，PLC程序設(shè)置的參數(shù)上下限是否發(fā)生變化，程序執(zhí)行是否正確，變頻器參數(shù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償設(shè)置是否正確，默認(rèn)參數(shù)是否與電機(jī)參數(shù)一致，速度調(diào)節(jié)器參數(shù)是否合適，變頻器輸出三相電源是否平衡或輸出電壓有無波動(dòng)，整流輸出濾波電容器是否老化等。

1.2 外部故障檢修分析

1.2.1 機(jī)械故障

(1)檢查連接器及速度傳感器的機(jī)械連接是否良好。

(2)拆開機(jī)械設(shè)備的聯(lián)軸器，只運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，通過電機(jī)是否正常判斷故障是否來自機(jī)械設(shè)備。

(3)設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)聲音異常，聲響具有明顯周期性且能觀察到機(jī)械周期。如湖南沅江紙業(yè)3520/800長網(wǎng)多缸高速紙機(jī)烘缸組封閉式齒輪箱齒輪打壞，造成軸承溫度過高而燒壞的現(xiàn)象，導(dǎo)致該分部因速度不穩(wěn)定而過流跳停。

1.2.2 造紙工藝參數(shù)不穩(wěn)定

造紙工藝參數(shù)的不穩(wěn)定不但給系統(tǒng)增加了傳動(dòng)負(fù)荷和傳動(dòng)能耗，并嚴(yán)重影響變頻器的正常運(yùn)行，導(dǎo)致故障率的升高，如網(wǎng)部的真空度及漿料上網(wǎng)的濃度、壓榨部壓力的變化，漿料脫水不足，烘缸內(nèi)排水不暢，紙機(jī)更換輥筒后出現(xiàn)輥徑參數(shù)變化與實(shí)際車速不符等問題都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致無法正常抄造。

1.3 實(shí)例剖析

(1)3520/800長網(wǎng)多缸高速文化紙機(jī)的干燥部的單掛1-2組與3、4、5、6組烘缸在運(yùn)行中出現(xiàn)速差，轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，導(dǎo)致紙幅干度不均衡，頻繁斷紙。變頻器顯示過載系統(tǒng)跳停。故障原因:因烘缸排水不暢導(dǎo)致烘缸內(nèi)積水，造成烘缸負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化和烘缸溫度變化的緣故。該紙機(jī)干燥部采用了較先進(jìn)的熱泵供熱技術(shù) (其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能)，烘缸及UNO缸為旋轉(zhuǎn)式接頭，虹吸管采用 JCHN-SONPTX97SOCSS，進(jìn)氣閥為DN80、排水閥為DN50，采用固定虹吸管排水結(jié)構(gòu)。它是靠烘缸內(nèi)蒸汽壓與排水管線終端壓力的壓力差排出烘缸內(nèi)的冷凝水，并在虹吸管接頭處進(jìn)行壓差調(diào)節(jié)。系統(tǒng)主要通過利用壓力調(diào)節(jié)和壓差調(diào)節(jié)控制進(jìn)行熱力系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)。所以在紙機(jī)干燥部必須控制好烘缸壓差，以保證冷凝水跨過虹吸管所需壓差，確保冷凝水的排水通暢。判斷烘缸是否積水的方法:用手持式紅外線測溫儀在線測試運(yùn)行中的每段烘缸表面溫度曲線，表面溫度曲線偏低的烘缸很可能有排水不暢及缸內(nèi)積水;如停機(jī)測試，需等60 min左右后再進(jìn)行測試，而測試的烘缸表面溫度曲線偏低的烘缸確認(rèn)缸內(nèi)無積水。

(2)3520/800長網(wǎng)多缸高速紙機(jī)的施膠與軟壓光更換輥筒后，因輥筒直徑參數(shù)及設(shè)置到變頻器速度調(diào)節(jié)的參數(shù)出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致在運(yùn)行中輥筒之間出現(xiàn)一快一慢，電流不穩(wěn)定，造成頻繁斷紙及紙張黏輥現(xiàn)象。又如該紙機(jī)的壓榨輥更換輥筒后，因測量上下機(jī)輥筒直徑參數(shù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致在運(yùn)行中出現(xiàn)明顯的速差，電流波動(dòng)很大，造成該分部毛布損壞，無法抄造，傳動(dòng)單元報(bào)警甚至停機(jī)。這些故障原因是因更換下來的輥筒直徑與上機(jī)輥筒直徑參數(shù)發(fā)生變化所致，造成輥筒之間失去平衡的壓力使紙幅受到非正常的壓力或拉力導(dǎo)致紙幅強(qiáng)度下降而斷裂。同理，在壓榨部下機(jī)與上機(jī)的輥筒直徑參數(shù)有差異，而輥筒通過加壓不能平衡地帶動(dòng)毛布正常運(yùn)轉(zhuǎn)，造成毛布受到非正常的拉力或壓力強(qiáng)度下降而損壞，由此造成傳動(dòng)單元報(bào)警甚至停機(jī)。

故障處理:如輥筒之間有嚴(yán)重不平衡或電流有異常擺動(dòng)現(xiàn)象，應(yīng)首先進(jìn)行空車調(diào)試尋找不平衡的原因是否來自機(jī)械，并根據(jù)電流及速度的顯示調(diào)整變頻器速度參數(shù)看是否能穩(wěn)定下來，如更換輥筒的部位有負(fù)荷分配應(yīng)首先檢查負(fù)荷分配控制是否出現(xiàn)了誤差。如果以上都正常，應(yīng)檢查變頻器的參數(shù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償設(shè)置是否準(zhǔn)確，默認(rèn)參數(shù)是否與電機(jī)參數(shù)一致，上下機(jī)輥筒的直徑和中高參數(shù)是否測量準(zhǔn)確。上下機(jī)輥筒直徑參數(shù)設(shè)置到變頻器速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)是否相符，反復(fù)細(xì)調(diào)變頻器速度調(diào)節(jié)器使車速穩(wěn)定。該故障在造紙傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)，所以在更換輥筒時(shí)應(yīng)仔細(xì)測量上下機(jī)輥筒的直徑及中高的參數(shù)，并檢查負(fù)荷分配對輥筒相關(guān)的控制系統(tǒng)，確保上下機(jī)輥筒的直徑參數(shù)設(shè)置到變頻器速度調(diào)節(jié)的參數(shù)準(zhǔn)確無誤。

2 傳動(dòng)系統(tǒng)某分部跳閘故障分析實(shí)例

2.1 電機(jī)繞組匝間短路導(dǎo)致變頻器跳停

3520/800紙機(jī)在一次沖洗網(wǎng)子時(shí)，紙機(jī)處于爬行狀況運(yùn)行 (15～50 m/min可調(diào)的爬行速度)后在系統(tǒng)加速的過程中驅(qū)網(wǎng)輥分部跳閘?？刂票P上顯示OVERCURRENT(過流)。根據(jù)故障代碼分析主要原因有:①負(fù)載短路;②機(jī)械故障;③變頻器逆變模塊損壞;④電機(jī)轉(zhuǎn)矩過小。在檢測電機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)有相繞組匝間短路，變頻器IGBT逆變模塊擊穿。該驅(qū)網(wǎng)輥電機(jī)是型號(hào)為YP355M-4的專用變頻電機(jī)，額定電流450 A，功率250 kW，變頻器為ABB-ACS600。為什么電機(jī)由爬行過渡到正常加速過程中導(dǎo)致電機(jī)繞組匝間短路及變頻器的損壞呢?在故障分析會(huì)上有人認(rèn)為造成該故障的原因與電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過長有關(guān)，但筆者認(rèn)為，該變頻電機(jī)不管與普通電機(jī)有何區(qū)別，因變頻電機(jī)處于低速運(yùn)行狀況時(shí)有著單獨(dú)的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，加上該系統(tǒng)采用ABB公司全數(shù)字變頻調(diào)速 (轉(zhuǎn)矩矢量控制)，即在全調(diào)速范圍內(nèi)都能輸出足額轉(zhuǎn)矩，包括電機(jī)在低速運(yùn)行區(qū)域。因此爬行速度時(shí)間長短應(yīng)不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)造成匝間短路燒壞。但不排除該電機(jī)運(yùn)行多年，因受環(huán)境高溫及潮濕等緣故的影響，電機(jī)繞組的絕緣強(qiáng)度已大大降低，絕緣有可能處于電壓擊穿的臨界點(diǎn)。而在以往運(yùn)行中電機(jī)還未產(chǎn)生電壓擊穿現(xiàn)象。由于交-直-交PWM調(diào)制，變頻器輸出的電壓及電流的波形均含有高次諧波，當(dāng)高次諧波流過電機(jī)繞組時(shí)銅損增大，從而引起繞組發(fā)熱。導(dǎo)致電機(jī)絕緣強(qiáng)度進(jìn)一步削弱，在電機(jī)提速的過程中，定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速迅速上升，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負(fù)載慣性較大而跟不上去，結(jié)果是升速電流太大，三相輸出電壓與頻率均已達(dá)很高的幅值。此時(shí)電機(jī)繞組如有電壓擊穿現(xiàn)象，會(huì)在瞬間形成極大的浪涌電流，終會(huì)導(dǎo)致電機(jī)因絕緣老化造成繞組匝間電壓擊穿而短路，同時(shí)逆變模塊在電流檢測電路動(dòng)作之前已經(jīng)無法承受而燒壞。由此看出，變頻器對電機(jī)繞組的突發(fā)性電壓擊穿現(xiàn)象，應(yīng)該說起不到有效的保護(hù)作用。

2.2 外部工藝參數(shù)變化導(dǎo)致變頻器過流跳閘

2640/500紙機(jī)驅(qū)網(wǎng)輥在運(yùn)行中突然跳閘，該變頻器為AB-20BP205A3ANNADC1，變頻電機(jī)90 kW，跳閘的主要原因分析:①變頻器輸出回路或電動(dòng)機(jī)故障;②機(jī)械負(fù)載超限;③變頻器自身故障。變頻器在運(yùn)行中出現(xiàn)輸出電流超過設(shè)定的極限電流而發(fā)生跳閘時(shí)，根據(jù)變頻器過流信息提示及電機(jī)回路機(jī)械設(shè)備及工藝參數(shù)進(jìn)行綜合分析，檢查電機(jī)電纜及機(jī)械部位正常后，在協(xié)同紙機(jī)操作人員檢查工藝參數(shù)狀況時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)部真空度增高，造成網(wǎng)部真空箱面板對驅(qū)網(wǎng)輥驅(qū)動(dòng)網(wǎng)子的阻力增大，導(dǎo)致驅(qū)網(wǎng)輥負(fù)載加重而過流跳閘。調(diào)整真空度正常后，變頻器復(fù)位開機(jī)正常。所以在紙機(jī)運(yùn)行中，網(wǎng)部真空度突然增高會(huì)導(dǎo)致驅(qū)網(wǎng)輥因負(fù)載過重，電流超過設(shè)定的極限而跳閘，嚴(yán)重時(shí)會(huì)沖壞變頻器逆變模塊。

3 變頻器故障分析實(shí)例

(1)3520/800高速文化紙機(jī)在運(yùn)行中三烘分部突然跳停，該變頻電機(jī)功率為160 kW，變頻器型號(hào)為ABB-ACS600變頻器顯示 SHORT CIRCUIT(短路);根據(jù)電氣運(yùn)行值班記錄得知該變頻器平時(shí)出現(xiàn)過電流波動(dòng)及電機(jī)電流、溫度都有些偏高的現(xiàn)象。檢查測量電機(jī)電纜及傳感器都沒有問題，為不影響正常生產(chǎn)，替換一臺(tái)ABB-ACS800變頻器后開機(jī)正常。由此可見該分部負(fù)載回路應(yīng)沒有瞬間過載的現(xiàn)象。故障原因可能是變頻器本身IGBT及驅(qū)動(dòng)電路有問題。在維修時(shí)檢測更換下來的ACS600主回路時(shí)，檢查IGBT模塊是否擊穿?？紤]到模塊的損壞及該變頻器已運(yùn)行6年多時(shí)間，驅(qū)動(dòng)電路很有可能存在元器件老化。在檢查驅(qū)動(dòng)電路板時(shí)果然發(fā)現(xiàn)一個(gè)小電解電容有漏液的痕跡，并懷疑PC923和PC929光耦老化并進(jìn)行替換。因?yàn)镻C923及PC929是專用于驅(qū)動(dòng)IGBT模塊帶有放大電路的一款光耦。更換電解電容和IGBT后試機(jī)正常。所以驅(qū)動(dòng)電路的老化導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)波形失真，輸出電壓不平衡及電壓波動(dòng)太大有可能導(dǎo)致IGBT模塊的損壞。再檢查驅(qū)動(dòng)電路是否有問題，可在沒通電時(shí)比較一下各路觸發(fā)端電阻是否一致及在通電后比較一下開機(jī)后觸發(fā)端的電壓波形是否失真。

(2)3520/800紙機(jī)運(yùn)行中正壓上輥突然停機(jī)。變頻電機(jī)功率160 kW，變頻器為ABB-ACS600變頻器。經(jīng)常出現(xiàn)PPCC LINK故障。該故障的出現(xiàn)沒有規(guī)律;故障出現(xiàn)后變頻器能復(fù)位，不再做任何其他工作，變頻器又能開啟正常工作。檢查光纖比較干凈，接觸連接也牢固;光纖與主回路接口板NINT-43C連接緊固;但檢查測量IGBT模塊時(shí)發(fā)現(xiàn)有一路整流橋不能正常導(dǎo)通和關(guān)閉，更換IGBT模塊后故障消失，由此看來變頻器IGBT損壞也會(huì)顯示PPCC LINK故障。

(3)3520/800紙機(jī)壓光機(jī)運(yùn)行中變頻器顯示OH(過熱)，且能復(fù)位。該變頻器為ABB-ACS600，變頻電機(jī)功率55 kW;考慮到在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，所以溫度傳感器損壞的可能性應(yīng)該不大，用手觸摸相鄰變頻器，這臺(tái)變頻器溫度較高，在檢查變頻器時(shí)發(fā)現(xiàn)變頻器散熱風(fēng)扇罩內(nèi)積滿蘆葦灰塵，并檢查風(fēng)扇線圈是否燒壞。經(jīng)清理灰塵更換同型號(hào)風(fēng)扇后開機(jī)沒有再出現(xiàn)此故障，變頻器運(yùn)行良好。在造紙傳動(dòng)系統(tǒng)中變頻器風(fēng)機(jī)燒壞較為常見。

4 結(jié)語

紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行中，除變頻器自身故障外，故障的出現(xiàn)往往與機(jī)械及造紙工藝參數(shù)有著直接的關(guān)系。所以電氣維修人員不但要熟練掌握電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)、調(diào)試方法，還需對電氣拖動(dòng)的機(jī)械及造紙工藝有所了解，因在很多情況下變頻器所顯示的故障代碼并不能完全分析找到故障真正原因，應(yīng)根據(jù)故障的部位及現(xiàn)象、造紙工藝參數(shù)及器材的狀況來綜合分析檢測，確認(rèn)故障來自外部工藝參數(shù)變化還是電氣系統(tǒng)或機(jī)械負(fù)載。CPP

Faults Analysis and Maintenance of Electric Drive System of Paper Machine

PENG Di-hui
(Yuanjiang Paper of Tiger Forest＆ Paper Group，Yuanjiang，Hu'nan Province，413100)

Nowadays paper machine drive systems of DC main shaft and SCR DC drive control unit have been gradually replaced by AC variable frequency and speed drive．From the small range variable speed drive to high precision，fast response，wide range variable speed drive，from the single drive to multiple segments coordination，PROFIBUS fieldbus protocol format is used to achieve communication and control of frequency converter，which is with high efficient drive and good control characteristics，and is widely used in papermaking industry．Based on maintenance practice，the author analyzed the reasons of speed instability，rundownly stop of some part and defects of inverter hardware．

paper machine;drive system;fault analysis;troubleshooting;ABB frequency converter;vector torque control

TS736+.1

B

0254-508X(2012)03-0039-03

彭迪輝先生，國家高級(jí)電氣技師;主要從事造紙電氣傳動(dòng)技術(shù)工作。

(E-mail:yzpdh@yahoo．cn)

2011-10-11(修改稿)

(責(zé)任編輯:郭彩云)