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变频控制器在供水系统中的应用及维护
作者:系统管理员            来源:             发布时间: 2011-07-08
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    变频器在使用过程中与现场设备和系统运行主要配套参数的设置、现场环境以及外围设备选型和安装接线的要求、使用过程中设备运行状况的监视(含环境、设备本体、运行参数等),以及日常使用过程中应该检查的内容、检查和清扫的方法以及一般故障,特别是主要元器件的检查和判断方法。
   我厂生活水泵房共有水泵机组6台,为了节能和便于操作,其中2台大泵采用ABB公司的变频调速装置,其余4台水泵机组采用自耦变压器减压起动装置。
    为实现供水压力恒压自控、水泵电动机和出水管电动闸门一部化操作、各种工况参数的集中指示、报警和操作,选用了多台美国A-B公司的SLC500系列小型可编程序控制器。恒压供水自控系统由1台调度PLC柜、2台ABB变频调速柜、6台出水闸门PC柜、2台出水总管压力变送器、6台水泵出口压力控制器以及4台自耦减压起动柜等组成。系统图如图1所示。
    <IMG=S20110105200101>
    图1  恒压供水系统组成
    变频器一些基本参数的设定要求
    ABB变频器针对不同的应用领域设置有预先编好的参数集应用宏程序。它能使用户更快、更简便地起动变频器。
    但宏程序并不精确设置特殊应用所需要的所有参数。因此需根据实际情况对参数值进行必要的检查和做出修改、设定,这里对一些常用参数的设置作一描述。
    1.起动数据菜单:即电动机与变频器配合的一些基本参数
    1)应用宏程序:选择水泵、风机应用宏程序。
    2)被驱动电动机的基本参数(程序内进行选择输入):电源电压、电动机极数、电动机标称电流、功率因数、电动机功率等。
    2.传动菜单
    1)开、停机时的升降速时间。
    2)工作频率范围:即最大工作频率、最小工作频率。因为电动机负载转矩是和转速的平方成正比,所以一旦超过电动机的额定转速,就会造成电动机的严重过载,且水泵电动机轴承已因超速而加速磨损,缩短寿命。因此变频调速时应绝对禁止电动机超过额定频率运行,即f<sub>max</sub>≤50Hz。而过低的运行频率使其流量和扬程骤减,且因转速下降散热效果差易发热,效能更低。虽然电动机功率是降下来了,节省电能,但做功效率却极不经济,经过运行试验此供水领域最小频率一般≥35Hz。
    3)辅助电动机(定速水泵机组)的起动、停机延时150~90s。主要是为了平稳地调节系统运行,避免频繁起停定速水泵机组冲击系统设备造成损坏,但系统又要求反应灵敏,及时做出反应,不能调节时间过长,过于迟钝,降低供水服务质量。
    3.保护功能菜单
    对系统运行情况(运行数据极限)进行监视以及保护功能的设置,如外设、风扇、超欠负载情况、过压欠压以及其他的保护功能进行正确的设置,即停机、报警及取消保护功能等。要根据运行的具体情况,该报警则报警,该停机则停机,否则设置不好仍将影响设备的安全和系统的正常运转。
    禁止不合理的外设,提高抗干扰能力
    合理的外设及安装运行环境是变频器及其供水系统正常运行的必备条件,根据变频器的技术要求以及通过调试、运行,此方面的经验总结如下。
    1.安装环境
    变频器的防护等级一般分为四种,要根据不同的使用环境正确选择变频器的防护类型。
    1)IP00型:开启式,要求安装于电气控制室内。
    2)IP20型:一般封闭式,要求安装于干燥、清洁、无尘的环境。
    3)IP54型:密封型,环境有一定的尘埃、一般温热。
    4)IP65型:密闭型,环境尘埃较大、较高的温热及腐蚀性气体环境。
    2.电缆敷设的要求
    1)电动机电缆应远离其他电缆,且避免同其他电缆并行走向,若必须并行走向应增加间隔距离,最好垂直交叉。
    2)控制电缆应选用屏蔽电缆并通过PE端子接地。
    3)若继电输出用于带动感性负载(如继电器、接触器)应使用压敏电阻、RC吸收电路或二极管对其进行保护。
    4)每个独立的信号应使用单独的屏蔽电缆或双绞线。
    5)变频器、电动机的接地端子牢固接地。
    3.外设的配置与连接
    1)在变频器柜内输入端以及变频器输出端一般不需要附加接触器等电源控制器件。
    我厂运行的两台变频器设计时为了电源控制方便以及对变频器进行掉电保护,分别在变频柜内加装了交流接触器。可在安装完投入运行初期的使用过程中因交流接触器和外部高压电网元器件故障,曾使其中一台变频器烧坏整流器模块以及进线快速熔断器、线路输入保护板等,不仅影响生产还损失人工、材料费共计近4万余元。因本身电源侧装设的断路器就具有掉电、短路保护功能,变频柜本身电源侧又装设有带快熔的负载开关,为此我厂后来取消了两台变频器原柜内加装的交流接触器及控制电路,不但减少了维护工作量,降低了运行成本,而且运行可靠。
    2)在柜上装设的给定信号用的调节定位器,受长时间使用调节磨损影响,接触不良,经常引起变频器的检测中无给定信号而报警或系统停机。为了保持外形美观,维持原有的控制模式,只有靠定期清洁定位器或更换新的定位器,确保接触良好。
    3)接线要求牢固可靠。初期运行中的变频器经常检测到给定或压力检测信号故障而报警或系统停机,经过技术人员检查,发现由于施工人员因施工质量不符合要求,导线连接处似接非接甚至断线而造成,后经逐一检查、重新连接紧固导线,至今再无类似故障现象发生。
    变频器的日常维护与检修
    变频器的日常维护与定期检查主要包括以下几个方面的内容。
    1.日常检查内容
    1)显示、触摸面板看得清,不缺字符,无其他异常。
    2)变频器是否过热、变色或有无异味。
    3)冷却风扇运转正常,变频柜内无异常振动和声音。
    4)技术数据如运行电流、输出电压和频率、直流电压以及输入交流电压等是否正常。
    5)周围环境是否符合变频器要求。
    2.定期检查内容
    定期检查的间隔时间一般为半年或一年。定期检查的人员应熟悉变频器的基本原理、功能特点,具有变频器的运行经验,且检查前必须切断电源并确认电容器放电完毕后方可进行作业。检查的重点放在变频器运行时无法检查的部位。
    1)完成日常检查中应检查的内容。
    2)对变频器柜内外进行吹灰清扫,包含空气过滤器等。
    3)检查螺钉、螺栓等连接是否松动,各部位有无变形,并进行紧固。
    4)导体绝缘有无破损、裂口、过热变色。
    5)柜内有无异味,散热孔有无堵塞。
    6)冷却风扇、滤波电容器等是否完好,有无必要进行更换。
    3.故障诊断及一般元器件的检查
    变频器本体及供水自动控制系统发生故障后,运行及维护检修人员可以用以下方法初步判断变频器、供水自动控制系统的故障点:
    (1)外观检查
    通过眼观、手摸和鼻嗅等检查变频器有无明显的短路故障迹象。
    (2)检查变频器显示的故障信息
    变频器出现故障后,一般会在变频器的显示器上记录、显示故障信息。如果主控板没有损坏,可以通过显示器来查阅故障类型、判断变频器的故障点。如果维修人员无法判断变频器主电路是否良好,不能通过主电路输入端加电来观察变频器的故障显示(以避免故障扩大),可在检查确认主控板无故障的情况下采用主控板单独加电的方法观察故障信息。
    (3)向现场人员了解情况
    向现场的值班人员了解变频器、供水自动控制系统发生故障的经过,故障发生时的运行情况以及室内环境因素、电网运行情况等,帮助维修人员进一步做出正确的判断。
    (4)主电路绝缘试验
    由于变频器是属于高精密的电力电子装置,为避免损坏控制电路板、电力电子器件等,一般不允许随意对变频器进行绝缘试验。在故障或特殊情况下可采用如下方法进行主电路的绝缘试验:①采用DC500V绝缘电阻表。②卸开主电路、控制电路等和外电路的连接线。③如下图2所示,用公用线连接主电路R、S、T、U、V、W。④用绝缘电阻表测试仅在主电路公用线和大地(接线端子PE)之间进行。
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    图2  变频器主电路绝缘检查接线图
    不能用绝缘电阻表对控制电路进行测试,只能用高阻量程万用表进行,否则会烧坏或损坏电路的元器件。
    在对电动机和电缆进行绝缘检查时,必须拆开电缆与变频器的连接,否则会损坏变频器。
    (5)主要元器件的检查
    变频器的主电路原理图如下图3所示。
    <IMG=S20110105400102>
    图3  变频器的主电路原理图
    1)模块整流桥测试:P1、N对输入电路R、S、T应符合二极管特性。P1接正表笔,对R、S、T电阻应>50kΩ,P1接负表笔,对R、S、T电阻应<500Ω,N接正表笔,对R、S、T电阻应<500Ω,N接负表笔,对R、S、T电阻应>50kΩ。符合要求则说明整流桥正常。
    2)模块逆变桥测试:P接正表笔,对U、V、W电阻应>50kΩ,P接负表笔,对U、V、W电阻应<500Ω,N接正表笔,对U、V、W电阻应<500Ω,N接负表笔,对U、V、W电阻应>50kΩ。否则说明逆变桥损坏。
    3)单个整流、逆变器件的检查:对元器件的三个电极,可以外观判断,亦可以用万用表判断其好坏。若元器件完好,则电极间均有不同大小的电阻值。若电极间有短路或门、阴极间断路,则元器件损坏。注意不要使用万用表的高阻(10kΩ以上)挡,以防表内高压电池击穿门极的PN极。
    4)印制电路板:首先用肉眼观察板上的电路、元器件有无烧过的痕迹,其次可通过测量和替换法来判断其好坏。
 
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