基于港口機(jī)械中的變頻器故障問題探析

王昌盛，陳艮樂

（1.上海振華重工港機(jī)通用裝備有限公司，上海 201913；2.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

基于港口機(jī)械中的變頻器故障問題探析

王昌盛1，陳艮樂2

（1.上海振華重工港機(jī)通用裝備有限公司，上海 201913；2.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

作為現(xiàn)代電力傳動(dòng)的重要應(yīng)用技術(shù)，變流變頻調(diào)速技術(shù)得到了人們的廣泛關(guān)注。但傳統(tǒng)的變頻器運(yùn)行中存在著一些弊端，主要包括操作時(shí)間有限、使用年限較低、故障處理技術(shù)不強(qiáng)等等。針對(duì)以上問題，工作人員應(yīng)該根據(jù)目前的實(shí)際情況，改進(jìn)電力系統(tǒng)的應(yīng)用問題，將現(xiàn)代化的故障分析理論應(yīng)用于其中。因此，本文從港口機(jī)械變頻器的常見故障出發(fā)，對(duì)其技術(shù)方式進(jìn)行分析。

港口；變頻器；故障

近幾年來(lái)，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，控制方式也朝著集成性、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)化的方向發(fā)展。同時(shí)，現(xiàn)代化變頻理念的應(yīng)用使得總體的輸出功率提升，調(diào)速范圍也愈加廣泛。它不僅能夠達(dá)到節(jié)省電力資源的目的，也實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)的可靠性增強(qiáng)。

1 港口變頻調(diào)速器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式

港口變頻調(diào)速器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式主要根據(jù)以下幾點(diǎn)來(lái)完成：第一，從控制類型上來(lái)看，它可以分為直流、交流兩種調(diào)速系統(tǒng)。由于直流控制中心的系統(tǒng)構(gòu)件復(fù)雜，分配方式?jīng)]有定向性。因此，其生產(chǎn)與維修成本也非常大。一般情況下，港口機(jī)械在電力運(yùn)行中通常采用的是交流變頻調(diào)速機(jī)。它是以電阻調(diào)速作為控制中心，將轉(zhuǎn)子串聯(lián)系在一起的低速耗能方式。它的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)系統(tǒng)超速運(yùn)行的過程進(jìn)行制動(dòng)，并以能量的驅(qū)動(dòng)為內(nèi)部規(guī)劃方式，實(shí)現(xiàn)起升運(yùn)行。第二，就變頻調(diào)速機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)來(lái)講，不同的形式有著不一的體現(xiàn)。首先，就能耗制動(dòng)調(diào)速來(lái)看，它主要是根據(jù)重載的速度來(lái)體現(xiàn)上升或者下降。但直流電源要依照電機(jī)的類型而定，沒有一個(gè)具體的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。其次，就渦流制動(dòng)器調(diào)速方式而言，它的線路復(fù)雜，成本較高。如果采用閉環(huán)控制才能夠使運(yùn)行速度得到穩(wěn)定，并將調(diào)速范圍擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的無(wú)級(jí)化。從其特點(diǎn)上可以看出：變頻調(diào)速的優(yōu)勢(shì)還是非常明顯的。它能夠在特點(diǎn)的運(yùn)行范圍內(nèi)，對(duì)港口機(jī)械的重載量進(jìn)行整合。同時(shí)，系統(tǒng)有著良好的控制中心，可以將電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以數(shù)據(jù)的形式發(fā)送到服務(wù)終端，令現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的工況傳輸?shù)较鄳?yīng)的頁(yè)面，體現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性。

2 變頻器常見的故障分析

2.1 變頻器充電起動(dòng)電路故障

電壓型變頻器為通用的變頻機(jī)，其工作方式相對(duì)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)化。一般來(lái)講，電源的初始狀態(tài)會(huì)以交變的形式呈現(xiàn)出來(lái)，通過直流轉(zhuǎn)換來(lái)完成電流的輸出工作。交、直流電的變換是以“整流”的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于電力系統(tǒng)的總體負(fù)荷量是不變的，系統(tǒng)會(huì)在此區(qū)間進(jìn)行過運(yùn)作，并對(duì)總能量進(jìn)行總結(jié)，使過多的一部分流出，達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)和的目的。因此，調(diào)速后的三相交流電會(huì)變?yōu)槿鄻蚴侥孀冸娐罚袚?dān)一部分工作負(fù)載。但在系統(tǒng)初期運(yùn)行中，通常由一個(gè)變電器來(lái)控制系統(tǒng)兩端的啟動(dòng)裝置，在電流、電阻間充當(dāng)著轉(zhuǎn)換的角色。電力會(huì)先統(tǒng)一集中到一個(gè)點(diǎn)，再完成路徑的分化。但在瞬間電力獲取的同時(shí)，繼電器的控制系統(tǒng)很容易因負(fù)載過重而出現(xiàn)燒壞電路的情況，使得晶閘管短路，令電阻的調(diào)和方式出現(xiàn)問題。而針對(duì)這種情況，直流母線電壓故障會(huì)在變頻器報(bào)警中心處顯示出來(lái)，來(lái)引起工作人員的重視。事實(shí)上，當(dāng)?shù)仉娫戳鲃?dòng)頻繁時(shí)，不同電路的觸電線就會(huì)變得相對(duì)凌亂，兩接口也會(huì)出現(xiàn)連接不暢等問題，以晶閘管為控制平臺(tái)的電阻值會(huì)變大或者縮小，并向著不同的方向傳送，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

針對(duì)以上問題，工作人員應(yīng)該在啟動(dòng)中運(yùn)用“循序漸進(jìn)”的原則，注重對(duì)兩側(cè)開合電源的控制，將觸電之間的距離擴(kuò)大，避免因電流調(diào)速不當(dāng)而出現(xiàn)的體制失衡問題。同時(shí)，要定期的更換晶閘管、開孔機(jī)等常用部件，保持系統(tǒng)附件之間的工作效率，并在相互協(xié)作的條件下執(zhí)行。

2.2 變頻機(jī)無(wú)法高速運(yùn)行，但無(wú)故障顯示

這種故障的處理方式是相對(duì)復(fù)雜的，但通常在個(gè)別變速器中體現(xiàn)出來(lái)。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)系統(tǒng)處理終端正常運(yùn)行時(shí)，變頻機(jī)的處理速度卻逐漸減慢，工作人員無(wú)法將器件的具體狀態(tài)調(diào)用到高速轉(zhuǎn)和平臺(tái)中。如果按照相應(yīng)的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行檢驗(yàn)，則會(huì)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控終端顯示變頻機(jī)的服務(wù)狀態(tài)良好，相關(guān)參數(shù)的設(shè)定也十分正常。針對(duì)這種情況，工作人員要對(duì)以直流母線的運(yùn)行規(guī)律為主，對(duì)兩側(cè)的變壓器進(jìn)行測(cè)試，找到檢測(cè)終端的相位變換規(guī)律。這種故障發(fā)生的原因多是由于開關(guān)閘門的工作效率變低所引起的。在港口機(jī)械運(yùn)行高峰期間，母線電壓的速度會(huì)提升，使電流集中在一個(gè)方向，并出現(xiàn)瞬間過熱的情況。在實(shí)際的變頻器運(yùn)行中，母線會(huì)對(duì)負(fù)載電力進(jìn)行分配，并設(shè)定電壓的上限。一般來(lái)講，如果母線電壓超過1000V或者低于400V，則變頻器會(huì)始終處于“低迷”的狀態(tài)，沒有相應(yīng)的沖擊力來(lái)促進(jìn)中心系統(tǒng)的運(yùn)行，也缺少一定的抗負(fù)載構(gòu)件，才會(huì)使得低電壓的故障發(fā)生。

2.3 變頻器顯示過流

作為變頻器的中的常見問題，顯示過流的故障分析過程也相對(duì)簡(jiǎn)單。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)這種問題時(shí)，工作人員應(yīng)該首先對(duì)電力運(yùn)行中心的顯示器進(jìn)行檢查，看變頻器的調(diào)速頻率是否過于頻繁，運(yùn)行時(shí)間是否過長(zhǎng)，負(fù)載量是否過大。如果以上情況都不存在，則可以以電流兩側(cè)的輸出節(jié)點(diǎn)為操作紐帶，查看邊際的連接情況是否異常，是否有過流的現(xiàn)象。如果出現(xiàn)了此問題，工作人員要對(duì)電力觸點(diǎn)的位置進(jìn)行調(diào)和，并擴(kuò)大兩構(gòu)件之間的距離，避免運(yùn)行中產(chǎn)生的摩擦現(xiàn)象。同時(shí)，如果與觸點(diǎn)無(wú)關(guān)，工作者要看以IPM模塊為檢查重點(diǎn)，根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)中所顯示的數(shù)據(jù)來(lái)判定過載、過熱、缺相、短路等情況，分析保護(hù)功能是否開啟。如果監(jiān)測(cè)信號(hào)呈現(xiàn)出不規(guī)律的運(yùn)行的狀況，模塊之間的聯(lián)系也會(huì)斷開，最后導(dǎo)致大量的電流沖破微控制中心的監(jiān)督，并顯示在測(cè)試板塊當(dāng)中。

2.4 變頻顯示過壓故障

變頻顯示過壓故障在系統(tǒng)運(yùn)行中也是較為常見的。它主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，這種故障的出現(xiàn)一般是由天氣變幻所引起的。如果一段時(shí)間內(nèi)雷雨頻發(fā)，氣候異常，則會(huì)在一定程度上影響變頻器的工作狀態(tài)。一方面，雷電的出現(xiàn)容易導(dǎo)致“跳閘”情況的發(fā)生。由于電力系統(tǒng)中兩側(cè)的檢測(cè)器以直流的方式工作，使兩觸電的轉(zhuǎn)換路徑受到限制。當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)行速度變低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)因速度減慢而跳閘。另一方面，變頻機(jī)中的電力負(fù)載量較大，在電壓、電阻的驅(qū)動(dòng)下容易出現(xiàn)過于集中的情況。如果系統(tǒng)中構(gòu)件受到緩沖力的影響，使電流的轉(zhuǎn)換不靈活，則相應(yīng)的制動(dòng)功能會(huì)停止，電壓輸出頻率的運(yùn)行路徑混亂。同時(shí)，如果在變頻器停止運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，電機(jī)構(gòu)件的位置就要進(jìn)行重組，系統(tǒng)會(huì)將線性下降的幅度體現(xiàn)出來(lái)，并作為能量的變換方式予以輸出。這時(shí)變頻器會(huì)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，系統(tǒng)則無(wú)法對(duì)兩側(cè)的電流進(jìn)行規(guī)劃，會(huì)出現(xiàn)一端電容吸收量過高的情況，并導(dǎo)致母線的劃分方式混亂。

對(duì)于這種故障，工作人員一般會(huì)將電流以“模塊”的形式呈現(xiàn)出來(lái)，并找出其中的運(yùn)行規(guī)律，對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。如果發(fā)現(xiàn)制動(dòng)電阻與電壓不成比例，則應(yīng)該加快單元的分化速度，并將“自由停車”設(shè)置為變頻器的停止方式，來(lái)達(dá)到內(nèi)部故障處理的目的。

2.5 變頻器顯示過載，電機(jī)過熱

一般來(lái)講，如果變頻器顯示過載，則說(shuō)明電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)從而出現(xiàn)了內(nèi)部系統(tǒng)過熱的現(xiàn)象。通常條件下，它是由電機(jī)參數(shù)設(shè)置異常所引起的負(fù)載情況。工作人員必須要對(duì)電機(jī)主體進(jìn)行檢查，并依照具體狀態(tài)來(lái)判斷是否應(yīng)該更換轉(zhuǎn)換器。如果變頻機(jī)構(gòu)件的安裝形式良好，則要以系統(tǒng)中的傳感器為重點(diǎn)分析對(duì)象，看內(nèi)部的連接位置是否正確，運(yùn)行速度是否得當(dāng)。如果工作人員沒有對(duì)新變頻器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，則傳感器在數(shù)據(jù)收集時(shí)就失去了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，其中電流、電容量、電阻值很容易超出一定的負(fù)荷，使機(jī)身過熱。同時(shí)，如果以變頻載波系統(tǒng)為主體的參數(shù)過大，則說(shuō)明波動(dòng)的頻率會(huì)上升，進(jìn)而令電機(jī)呈現(xiàn)出過載的現(xiàn)象。

3 變頻調(diào)速對(duì)港口機(jī)械的有效影響

變頻調(diào)速器在港口機(jī)械控制中是必不可少的。第一，變頻機(jī)能夠根據(jù)機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)和工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在效率提高的情況下使工作范圍得到延伸。第二，它使得交直流點(diǎn)電的變換形式更加完善，采用磁通矢量控制技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行隨時(shí)感應(yīng)，并使其逐一傳遞出去。第三，體現(xiàn)能量的保護(hù)功能。系統(tǒng)可以利用變頻機(jī)將電力回路控制在限定的空間內(nèi)，并對(duì)負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)和，避免信號(hào)對(duì)機(jī)械的干擾，使起重機(jī)的靈活性更強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，若想使得港口機(jī)械能夠得到有效的應(yīng)用，變頻器的使用與故障分析相對(duì)重要。工作人員要從問題的本質(zhì)出發(fā)，利用相應(yīng)的通信設(shè)備對(duì)交變電流進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，變頻調(diào)速對(duì)器的應(yīng)用也有利于能源的節(jié)約，使工作效率得到提升，為港口工作的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

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