摘要：本文介紹了水電站起重設(shè)備中變頻器調(diào)速系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、安裝、參數(shù)調(diào)整、常見(jiàn)故障及對(duì)策。 關(guān)鍵詞：水電站起重設(shè)備 變頻器調(diào)速系統(tǒng) 設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試 目前人們所說(shuō)的變頻調(diào)速系統(tǒng),主要指利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速系統(tǒng)以其優(yōu)越直流傳動(dòng)的特點(diǎn)，在很多場(chǎng)合都作為首選的傳動(dòng)方案。在水電站主要運(yùn)用在主廠房橋機(jī)、壩頂門機(jī)和尾水門機(jī)重要的起重設(shè)備上，通常這些設(shè)備起重量大（最大可大1000多噸），起重性能要求調(diào)速范圍大，可靠性高。在這一領(lǐng)域已經(jīng)取代直流傳動(dòng)和轉(zhuǎn)子串電阻交流調(diào)速系統(tǒng)，得到了廣泛運(yùn)用。本文僅就個(gè)人體會(huì)談一談水電站起重設(shè)備中變頻器電路設(shè)計(jì)、安裝、參數(shù)調(diào)整、常見(jiàn)故障及對(duì)策，希望與同行共勉。 一）變頻器電路設(shè)計(jì) 水電站橋機(jī)或門機(jī)傳動(dòng)負(fù)荷分為摩擦類負(fù)荷和位能式負(fù)荷，摩擦類有：大、小車行走機(jī)構(gòu)，其中大車行走由多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；位能式有主、副起升機(jī)構(gòu)，其中主起升機(jī)構(gòu)可能有多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。速度一般分為3檔或5檔，在司機(jī)室用凸輪控制手柄來(lái)控制各套機(jī)構(gòu)多檔速運(yùn)行。 變頻器的選擇分為品牌的選擇和型號(hào)的選擇，由于橋機(jī)或門機(jī)在電站的重要性要求變頻器具有很高的可靠性，通常選用國(guó)外知名品牌如西門子、ABB、日本安川、施奈德等產(chǎn)品。我個(gè)人認(rèn)為西門子系列功能齊全，參數(shù)設(shè)置復(fù)雜，難學(xué)不易掌握，適合大型系統(tǒng)復(fù)雜的門機(jī)、橋機(jī)設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員；ABB和安川的產(chǎn)品功能較齊全，參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單，通俗易懂，當(dāng)然對(duì)不同品牌的產(chǎn)品個(gè)人喜好不同，因人而宜。 變頻器型號(hào)選擇： 對(duì)于行走機(jī)構(gòu)變頻器起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般要求額定轉(zhuǎn)矩的150%左右，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般要求額定轉(zhuǎn)矩的100%左右，所以變頻器應(yīng)選擇具有恒定轉(zhuǎn)矩特性，而且起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩都比較大，過(guò)載時(shí)間和過(guò)載能力大的變頻器，功率可選擇與電動(dòng)機(jī)功率同一檔型號(hào)，帶多臺(tái)電機(jī)行走機(jī)構(gòu)的變頻器可選擇比電動(dòng)機(jī)總功率大一檔型號(hào)，一般應(yīng)配置制動(dòng)單元，其型號(hào)可采用推薦值。 對(duì)于起升機(jī)構(gòu)變頻器一般要求大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和能量回饋功能，能夠快速實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，變頻器應(yīng)選擇具有四象限運(yùn)行能力的變頻器，功率一般選擇比驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率大一檔的型號(hào)，制動(dòng)單元為必配，其型號(hào)一般比推薦值大一型號(hào)。 變頻器控制方式有u/f、無(wú)傳感器的磁通矢量（開(kāi)環(huán)）控制、帶傳感器的磁通矢量控制（閉環(huán)）等方式。對(duì)于行走機(jī)構(gòu)一般采用u/f控制，特別是對(duì)于變頻器帶多臺(tái)電機(jī)的行走機(jī)構(gòu)只能采用u/f控制；對(duì)于起升機(jī)構(gòu)可采用開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制兩種方式，閉環(huán)控制調(diào)速性能更穩(wěn)定，更安全，且僅僅增加了傳感器，成本增加不多，所以得到廣泛運(yùn)用。 在大功率變頻器輸入端考慮到高次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，增加電抗器；輸出端考慮到下降時(shí)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀況，回饋電能產(chǎn)生的高次諧波對(duì)其他設(shè)備的干擾，一般應(yīng)裝設(shè)輸出電抗器。功率較小的變頻器可以不考慮。 變頻器與電機(jī)間動(dòng)力電纜應(yīng)選擇屏蔽電纜，屏蔽電纜可降低高次諧波對(duì)其他設(shè)備（如荷載、高度、速度傳感器，PLC通信線）的干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。變頻器與電機(jī)間距離應(yīng)盡量短，降低高頻載波電流損失，保證電機(jī)正常運(yùn)行。 調(diào)速系統(tǒng)的控制電源應(yīng)選用變壓器隔離，避免高次諧波直接耦合到控制回路，干擾控制信號(hào)。 二）變頻調(diào)速系統(tǒng)的安裝應(yīng)注意的問(wèn)題 變頻器的安裝應(yīng)注意散熱，盤柜內(nèi)的應(yīng)裝散熱風(fēng)扇，對(duì)于裝在受暴曬的門機(jī)大梁內(nèi)的應(yīng)裝設(shè)空調(diào)。 電纜敷設(shè)時(shí)動(dòng)力線和控制、信號(hào)線應(yīng)注意盡量分開(kāi)，減小干擾。在盤柜內(nèi)應(yīng)一側(cè)走動(dòng)力線，另一側(cè)走控制信號(hào)線；柜外應(yīng)分槽敷設(shè)，在滑線架上應(yīng)該分層布置。 屏蔽線的安裝：屏蔽層應(yīng)盡量靠近電纜終端接地，增加保護(hù)長(zhǎng)度；同時(shí)接地時(shí)應(yīng)使用卡子把屏蔽層和電纜一起壓緊，避免把屏蔽層擰成一股，這樣可減小高頻阻抗，增強(qiáng)高頻電流回流能力，降低高次諧波的干擾。屏蔽線應(yīng)兩端接地（兩端地電位應(yīng)確保相等）。 門、橋機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)接地：應(yīng)保證大車、小車和地電位相等，保證屏蔽線兩端電位相等，避免屏蔽層當(dāng)?shù)鼐€而燒毀屏蔽線。在水電站門機(jī)、橋機(jī)軌道接地良好，通常用帶彈簧壓力的接地觸頭壓在軌道上，沒(méi)有觸頭的一般應(yīng)增設(shè)專用較大截面的地線。軌面上的油漆等應(yīng)刮干凈，確保接觸良好。變頻器、盤柜、電機(jī)等應(yīng)焊專用鍍鋅地樁。 三）參數(shù)的設(shè)置 常用變頻器，一般出廠時(shí)，廠家對(duì)每一個(gè)參數(shù)都有一個(gè)默認(rèn)值，這些參數(shù)叫工廠值。在這些參數(shù)值的情況下，用戶能以面板操作方式正常運(yùn)行的，但以面板操作并不滿足門機(jī)、橋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求。所以，用戶在正確使用變頻器之前，要對(duì)變頻器參數(shù)時(shí)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行： （1）確認(rèn)電機(jī)參數(shù)，變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機(jī)銘牌中直接得到。 （2）變頻器采取的控制方式如u/f、無(wú)傳感器的磁通矢量控制、帶傳感器的磁通矢量控制等方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)辨識(shí)。動(dòng)態(tài)辨識(shí)時(shí)應(yīng)注意，打開(kāi)與減速箱的連軸器，使電機(jī)空載辨識(shí)，避免變頻器自學(xué)習(xí)時(shí)因電機(jī)參數(shù)不準(zhǔn)確而造成控制精度降低或誤動(dòng)等故障。　 （3）設(shè)定變頻器的啟動(dòng)方式，一般變頻器在出廠時(shí)設(shè)定從面板啟動(dòng)，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況選擇啟動(dòng)方式，可以用面板、外部端子、通訊方式等幾種。 （4）給定信號(hào)的選擇，一般變頻器的頻率給定也可以有多種方式，面板給定、外部給定、外部電壓或電流給定、通訊方式給定，當(dāng)然對(duì)于變頻器的頻率給定也可以是這幾種方式的一種或幾種方式之和。正確設(shè)置以上參數(shù)之后，變頻器基本上能正常工作，如要獲得更好的控制效果則只能根據(jù)實(shí)際情況修改相關(guān)參數(shù)。 四）常見(jiàn)故障及對(duì)策 1、參數(shù)設(shè)置類故障的處理 一旦發(fā)生了參數(shù)設(shè)置類故障后，變頻器都不能正常運(yùn)行，一般可根據(jù)說(shuō)明書進(jìn)行修改參數(shù)。如果以上不行，最好是能夠把所有參數(shù)恢復(fù)出廠值，然后按上述步驟重新設(shè)置。案例：三峽450噸門機(jī)40噸回轉(zhuǎn)由于動(dòng)態(tài)辨識(shí)中未拆連軸器，電機(jī)參數(shù)辨識(shí)不準(zhǔn)確導(dǎo)致試運(yùn)轉(zhuǎn)中電機(jī)轉(zhuǎn)矩失控故障。 2、過(guò)壓類故障 變頻器的過(guò)電壓集中表現(xiàn)在直流母線的支流電壓上。正常情況下，變頻器直流電為三相全波整流后的平均值。若以380V線電壓計(jì)算，則平均直流電壓Ud= 1.35 U線＝513V。在過(guò)電壓發(fā)生時(shí)，直流母線的儲(chǔ)能電容將被充電，當(dāng)電壓上至760V左右時(shí)，變頻器過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作。因此，變頻器來(lái)說(shuō)，都有一個(gè)正常的工作電壓范圍，當(dāng)電壓超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)很可能損壞變頻器，常見(jiàn)的過(guò)電壓有兩類：a、輸入交流電源過(guò)壓，這種情況是指輸入電壓超過(guò)正常范圍，在水電站施工階段發(fā)生較多。 b、發(fā)電類過(guò)電壓，這種情況出現(xiàn)的概率較高，主要是電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)速還高，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器又沒(méi)有安裝制動(dòng)單元。案例：恩施大龍?zhí)峨娬?0噸壩頂門機(jī)行走機(jī)構(gòu)變頻器未裝制動(dòng)電阻，停車時(shí)經(jīng)常報(bào)過(guò)壓故障?！? 　　　 3、過(guò)流故障 過(guò)流故障可分為加速、減速、恒速過(guò)電流。其可能是由于變頻器的加減速時(shí)間太短、輸出短路等原因引起的。這時(shí)一般可通過(guò)延長(zhǎng)加減速時(shí)間、對(duì)線路進(jìn)行檢查。如果斷開(kāi)負(fù)載變頻器還是過(guò)流故障，說(shuō)明變頻器逆變電路已環(huán)，需要更換變頻器。 4、過(guò)載故障 過(guò)載故障包括變頻過(guò)載和電機(jī)器過(guò)載。其可能是加速時(shí)間太短，直流制動(dòng)量過(guò)大、電網(wǎng)電壓太低、負(fù)載過(guò)重等原因引起的。一般可通過(guò)延長(zhǎng)加速時(shí)間、延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間、檢查電網(wǎng)電壓等。負(fù)載過(guò)重，所選的電機(jī)和變頻器不能拖動(dòng)該負(fù)載，也可能是由于機(jī)械潤(rùn)滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機(jī)和變頻器；如后者則要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行檢修。 5、其他 線路設(shè)計(jì)問(wèn)題，案例四川獅子坪電站125噸橋機(jī)，額定電壓為220V的凸輪控制器用在24V的變頻器控制系統(tǒng)，造成控制線路接觸不良，橋機(jī)有時(shí)動(dòng)作，有時(shí)不動(dòng)作的故障。解決辦法是加裝中間繼電器。 高次諧波干擾問(wèn)題，由于接地不良、未使用屏蔽電纜、動(dòng)力控制未分開(kāi)、設(shè)備抗干擾能力弱等原因，都可能導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)行。逐條檢查，若是設(shè)備抗干擾能力差，則應(yīng)更換設(shè)備或降低設(shè)備輸出精度。案例：三峽450噸門機(jī)主起升（兩臺(tái)變頻器，兩臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)）其中一臺(tái)速度傳感器受到干擾，經(jīng)檢查安裝質(zhì)量良好，為找到干擾原因，確認(rèn)是設(shè)備抗干擾能力問(wèn)題，調(diào)試時(shí)把兩臺(tái)傳感器精度稍微降低后，運(yùn)行回復(fù)了正常。 由于變頻調(diào)速系統(tǒng)在低速區(qū)運(yùn)行時(shí)，諧波對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩影響較大，電機(jī)轉(zhuǎn)矩相對(duì)較小，因此特別是低速一擋可能帶不動(dòng)額定載荷，此時(shí)應(yīng)該迅速提高檔位。案例：三峽450噸壩頂門機(jī)在大車（兩臺(tái)變頻器，8臺(tái)電機(jī)）首次行走時(shí)（摩擦力較大），檔位在一擋（5HZ）、二檔（10HZ）不能動(dòng)作，檢查電氣、機(jī)械無(wú)故障后，把檔位迅速升值5檔，前后多次運(yùn)動(dòng)后，橋機(jī)才正常運(yùn)行。