压气机试验器动力变频器故障分析与排查

压气机试验器动力变频器故障分析与排查

王袖婷，王海龙，赵祎

沈阳发动机研究所，辽宁沈阳， 110015

关键词：变频器；过流；编码器；接地；

摘要：本文针对压气试验器动力变频器试验过程中发生过流故障进行了分析，并根据故障现象及相关测试判断故障原因是编码器信号异常。通过更改编码器接地方式消除了故障，为以后排除此类问题提供参考。

1引言

随着变频调速技术日益完善，调速电机因转速精度高、可靠性高、技术成熟等优点[1]逐渐被压气机试验器采用做为动力装置。变频器是压气机试验器动力装置的核心部件，其运行情况直接影响压气机试验器的运行精度、可靠性及寿命。因此压气机试验器正常运行过程中一旦出现动力变频故障必须迅速定位故障位置、及时排除，避免带来更大损失。

本文对某次压气机试验过程中发生的变频器过流故障问题进行了分析与排查，提出了解决措施，可为排除此类问题提供参考。

2故障描述及机理分析

某压气机试验器动力装置主要包括变频器、同步电动机、编码器，变频器采用的ACS5000型号。在正常运行过程中，变频器跳闸，电机转速、定子电压突降为零，电机转速逐渐变为零，变频器报过流故障，上位机监控数据显示跳闸前电机电流、定子电压、温度、振动均无异常。

变频器中过流保护的对象主要指带有突变性质的、电流的峰值超过电流限制值的情形。由于变频器中的逆变器件过载能力较差，因此变频器的过流保护是变频器使用过程中最重要的一环[2][3]。变频传动系统在工作过程中发生过电流的原因大致分为以下几方面：

1. 电动机遇到冲击负载，或传动机构出现卡滞现象；

2. 变频器的输出侧短路；

3. 变频器自身工作不正常；

4. 编码器信号异常。

根据变频器发生过流的原因，对压气机试验器的动力装置可进行负载、电机本体、变频器输出线路、变频器本体、编码器信号几个方面的排查工作。

3故障排查及分析

3.1电机本体排查及分析

电机本体进行排查。首先检查电机与盘车装置轴向端面，其次检查电机回油油滤，最后进行电动机试验检查，测量绝缘电阻和直流电阻，以上检查军未发现异常。

上述检查及结果说明过流故障与电机本体无关。

3.2负载排查及分析

首先检查变频器输出断路器柜、变频器切换柜内的电缆，未发现电缆有松动、破损等情况；其次进行电缆绝缘检查，电机绝缘检测时为带电缆检测，绝缘检测结果正常，说明电缆绝缘也正常；最后进行等电位检查，检查变频器和电机之间进行了等电位连接，PE接地线接触良好。

上述检查及结果说明过流故障与负载冲击及动力装置卡滞无关。

3.3变频器输出线路检查及分析

首先检查变频器输出断路器柜、变频器切换柜内的电缆，未发现电缆有松动、破损等情况；其次进行电缆绝缘检查，电机绝缘检测时为带电缆检测，绝缘检测结果正常，说明电缆绝缘也正常；最后进行等电位检查，检查变频器和电机之间进行了等电位连接，PE接地线接触良好。

上述检查及结果说明过流故障与变频器输出线路无关。

3.4变频器本体排查及分析

3.4.1目视检查

变频器本体前后柜门均打开，对其进行目视检查，确认变频器本体柜内元器件是否有击穿、短路等损坏或处于非正常工作状态。经检查发现共有6块IGCT模块指示灯异常，其他元器件暂未发现异常。

3.4.2电缆检查

首先检查变频器柜内的高压电缆，其次检查变频器柜内的低压电缆及控制电缆，未发现高压电缆、低压电缆及控制电缆有接触不良、破损等情况。

3.4.3测量检查

首先检测变频器本体内的电流传感器，未发现电流互感器异常。由于目视检查时，发现有6个IGCT模块指示灯不正常，所以对所有二极管回路以及IGCT模块回路进行测量检查，判断二极管及IGCT模块是否可以正常工作。根据测量标准，判断变频器柜内的所有IGCT模块回路均正常。

上述检查及结果说明过流故障与变频器本体无关。

3.5编码器信号异常排查与分析

3.5.1变频器定位参数检查

进行电机空载调试试验时，正常降转过程中出现电机转速丢失情况，接着发变频器生过流故障，并跳闸；且跳闸后降转过程中多次出现电机转速丢失问题。由此推测电机转速丢失可能导致变频器发生过流故障，而造成电机转速丢失则可能与编码器信号异常有关。

首先对变频器的编码器进行了重新定位，定位后空载运行，参数无异常。然后带载调试运行1小时23分钟，变频器报过流故障后跳闸，无转速丢失情况。

上述检查及结果说明变频器过流故障与定位参数无关。

3.5.2编码器信号异常原因定位

下载变频器BlackBox数据，发现故障数据，该数据表明发生故障时电机转速先丢失，电机电流快速升高至并超过限值，导致变频器过流故障。由于设备数采系统的采集频率远低于BlackBox数据采集频率，导致上位机监控画面之采集到部分丢转数据。上述检查及结果说明编码器信号异常，导致变频器过流故障发生。

首先对编码器传输线路进行排查，调整编码器接地方式，将编码器接地方式由速度编码器、位置编码器均双接地改为速度编码器双接地、位置编码器单接地；检查信号输入/输出线是否进行有效接地、变频器柜内光纤有无损坏，检查未发现异常。调整及检查完成后进行空载调试。为捕捉故障时数据，采取长时间空载试验，并在变频器端进行监测实时数据。空载调试运行过程中，捕捉到转速波形杂乱，非三角波形，波形如图1所示，该波形的频率高出现导致过流故障发生。

1. 空载编码器异常工作波形图

其次验证变频器编码器信号处理装置是否正常，将该变频器切换至另一台电机空载运行，采集编码器信号波形，该波形为三角波形，无异常情况。根据以上数据判断，原电机编码器系统存异常。

3.5.3编码器信号异常处理

确认编码器信号异常原因后进首先更换新光电编码器验证编码器波形是否正常。更换新的编码器后，空载试验过程中异形波始终存在。

其次检查编码器接线走线是否存在干扰情况。检查发现某系统动力线与编码器测试线在电缆沟内同一走线桥架上，将动力线移至另一层桥架；并彻底排查是否存在零线地线混接情况，排查结果零线、地线连接正常，符合规范。再次进行空载运行，异形波存在。

最后利用示波器对电机端及变频器端波形进行监测。示波器显示结果为电机端与变频器端波形差异较大，怀疑可能是接地造成干扰导致波形异常，重点开展接地影响验证分析。

调整编码器信号传输线的接地方式并验证。电机端的位置信号和速度信号、变频器端的位置信号和速度信号分别按照不接地、接仪表地、接设备地的方式调整，经验证采用电机端位置信号接仪表地、速度信号接仪表地，变频器端位置信号、速度信号均不接地的方式时，波形为正常三角波，无异常波形。

4试验验证结果

调整接地方式后进行了试验器带载试验，带载试验运行1.5小时，试验过程参数正常，未采集到异形波。

5结束语

动力变频器的可靠运行，是保证压气机试验器正常运行的关键。本文针对动力变频器过流故障问题，分析了可能的故障原因，并提出了的故障排查的措施，最终通过更改编码器接地方式消除了故障，为以后排除此类问题提供参考。

参考文献

[1]何萍,杨洲,周燊,栗海涛,刘海华.大功率压气机试验器动力装置选型设计[J].电子测试.2016(18):25-27.

[2]黎振浩.变频器过流故障原因分析及处理办法[J].中国新技术新产品.2013(16):173-174. [3]ACS5000变频器用户手册[R].ABB.

作者简介：王袖婷（1990-）女，辽宁沈阳人，硕士研究生，主要从事发动机试验设备电控技术方向研究