全国石油和化学工业电气技术委员会

摘要：对成品包装双向行走故障进行了分析、处理，针对存在的问题提出了改进措施。

重庆建峰化肥公司是一个年产30万吨合成氨/52万吨尿素的大型化工企业。化肥公司成品车间双向皮带系统是供料系统与包装系统重要的联接纽带。成品包装系统共有五条包装线，生产装置区生产的尿素通过供料系统输送到双向皮带系统，再分配到五个中间料仓，最后由五条包装线包装出售。双向皮带系统由双向皮带和双向行走两部份组成，双向皮带由5.5KW电机带动，双向行走部分由1.5KW电机带动，电机及机械部分采用的均为法国CELLIER 公司的产品。双向皮带通过双向行走电机行走将尿素分配到五个中间料仓，因此，双向行走运行状况的好坏将直接影响到成品包装生产。成品双向行走电机采用了变频器及仪表PLC程序控制。在工作过程中双向行走经常出现变频器及进线空气开关故障动作情况，这一问题一直未得到彻底解决，严重影响到了成品车间包装生产工作。表1是在2005年4月~5月间对双向行走故障的监测结果。

序号	时间	故障类型	天气情况	料仓定位	备注
1	2005/4/3 8:30	变频器显示“OU”	晴	C	C仓准备下料时
2	2005/4/3 16:12	空气开关跳闸	晴	B→C
3	2005/4/5 20:10	空气开关跳闸	晴	C	C仓准备下料时
4	2005/4/6 16:50	空气开关跳闸	晴	A→B	准备换B仓时跳
5	2005/4/7 17:50	变频器显示“OU”	晴	B→A	换仓时
6	2005/4/7 20:20	空气开关跳闸	晴	C→B	换仓时
7	2005/4/9 11:53	空气开关跳闸	阴	C	C仓下料时发现
8	2005/4/9 16:30	变频器显示“OU”	小雨	B	接班时
9	2005/4/15 16:00	空气开关跳闸	阴	B→C	接班时
10	2005/4/21 8:43	变频器显示“OU”	晴	A→B	接班时
11	2005/4/22 17:00	变频器显示“OU”	晴	B→A	换仓时
12	2005/4/22 21:00	变频器显示“OU”	晴	B→C	换仓时
13	2005/4/22 22:15	变频器显示“OU”	晴	B→C	换仓时
14	2005/4/23 8:18	变频器显示“OU”	晴	B→C	换仓时
15	2005/4/24 8:25	变频器显示“OU”	晴	换B仓时	接班时
16	2005/4/25 18:00	变频器显示“OU”	阴	换C仓时	接班时
17	2005/4/25 16:00	空气开关跳闸	晴	B→C	接班时
18	2005/4/25 18:00	空气开关跳闸	晴	A→B	换仓时
19	2005/4/25 18:20	空气开关跳闸	晴	B→C	换仓时
20	2005/4/27 8:20	空气开关跳闸	晴	B	接班时
21	2005/5/1 00:10	变频器显示“OU”	晴	B→C	换仓时
22	2005/5/1 00:40	变频器显示“OU”	晴	C→B	换仓时
23	2005/5/1 2:30	空气开关跳闸	晴	B→C	换仓时
24	2005/5/4 8:30	变频器显示“OU”	雨转晴	B→C	换仓时
25	2005/5/5 14:35	空气开关跳闸	阴	A→C	换仓时
26	2005/5/7 15:30	空气开关跳闸	晴	B→C	换仓时
27	2005/5/7 16:15	空气开关跳闸	晴	A→B	换仓时
28	2005/5/8 8:40	空气开关跳闸	阴	E→C	换仓时
29	2005/5/10 8:10	空气开关跳闸	阴	B	接班时
30	2005/5/13 14:55	空气开关跳闸	小雨	B→C	换仓时
31	2005/5/13 18:35	空气开闸关跳闸	雨转晴	C→B	换仓时
32	2005/5/19 22:20	空气开关跳闸	阴	B→C	换仓时
33	2005/5/20 23:30	空气开关跳闸	阴	B→C	换仓时
34	2005/5/21 8:30	空气开关跳闸	阴	A→B	接班
35	2005/5/28 8:40	空气开关跳	阴	E仓	准备换仓
36	2005/5/29 16:15	变频器显示“OU”	阴	B仓	接班

成品双向行走电机变频器采用的是日本SANKEN通用型全数字式变频器SAMCO-M，它适用于感应电动机的调速驱动，主空气开关采用施耐德公司生产的C65H10A小型断路器,它具有隔离、短路保护、过载保护等功能。

变频器“OU”故障是指其中间直流回路过电压（DC电压超过760V）。

1)引起电动机磁路饱和。对于电动机来说，电压过高必然使电机铁芯磁通增加，可能导致磁路饱和，励磁电流过大，从面引起电机温升过高；
2)损害电动机绝缘。中间直流回路电压升高后，变频器输出电压的脉冲幅度过大，对电机绝缘寿命有很大的影响；

3)对中间直流回路滤波电容器寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。因而变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在DC800V左右，一旦其电压超过限定值，变频器将按限定要求跳闸保护。
2.1.2 产生变频器过电压的原因
一般能引起中间直流回路过电压的原因主要来自以下两个方面:

正常情况下的电源电压为380V，允许误差为-5%～+10%，经三相桥式全波整流后中间直流的峰值为591V，个别情况下电源线电压达到450V，其峰值电压也只有636V，并不算很高，一般电源电压不会使变频器因过电压跳闸。电源输入侧的过电压主要是指电源侧的冲击过电压，如雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压等，主要特点是电压变化率dv/dt和幅值都很大。通过多次观察与测试，成品双向变频器输入电压正常、稳定，均在390V左右，也不存在冲击过电压的情况。
2)来自负载侧的过电压
主要是指由于某种原因使电动机处于再生发电状态时，即电机处于实际转速比变频频率决定的同步转速高的状态，负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的6个续流二极管回馈到变频器的中间直流回路中。此时的逆变器处于整流状态，如果变频器中没采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电容器的电压上升。达到限值即行跳闸。
2.1.3 从变频器负载侧可能引起过电压的情况及主要原因

1) 变频器减速时间参数设定相对较小及未使用变频器减速过电压自处理功能。
    当变频器拖动大惯性负载时，其减速时间设定的比较小，在减速过程中，变频器输出频率下降的速度比较快，而负载惯性比较大，靠本身阻力减速比较慢，使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还要高，电动机处于发电状态，而变频器没有能量处理单元或其作用有限，因而导致变频器中间直流回路电压升高，超出保护值，就会出现过电压跳闸故障。
    2)工艺要求在限定时间内减速至规定频率或停止运行
    工艺流程限定了负载的减速时间，合理设定相关参数也不能减缓这一故障，系统也没有采取处理多余能量的措施，必然会引发过压跳闸故障。
    3)当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将处于再生发电制动状态,位能负载下降过快，过多回馈能量超过中间直流回路及其能量处理单元的承受能力，过电压故障也会发生。
    4)变频器负载突降
    变频器负载突降会使负载的转速明显上升，使负载电机进入再生发电状态，从负载侧向变频器中间直流回路回馈能量，短时间内能量的集中回馈，可能会因中间直流回路及其能量处理单元的承受能力引发过电压故障。
    5) 变频器中间直流回路电容容量下降
    变频器在运行多年后，中间直流回路电容容量下降将不可避免，中间直流回路对直流电压的调节程度减弱，在工艺状况和设定参数未曾改变的情况下，发生变频器过电压跳闸几率会增大。

2.1.4 通过查阅近年班组记录，我公司成品车间双向行走过电压故障于近两年频繁出现，且在上半年故障出现频率较高。根据可能出现故障的原因我们对变频器进行了针对性的检查：1)参数整定值第一减速时间设定为1秒，第二减速时间设定为2秒，通过几年的运行来看，设定值比较合理，且参数无变化。2)对制动电阻进行了检查，测量阻值合格。3)在过电压故障出现后对变频器及负载检查均无异常，断电复位后即恢复正常。通过查阅相关资料可知变频器内部是大功率的电子元件，极易受到周围环境的影响，变频器不能安装于有腐蚀性气体、导电尘埃和微粒的场所。潮湿、腐蚀性气体及尘埃等不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。

成品双向行走电机变频器采用的是日本SANKEN通用型全数字式变频器SAMCO-M，其防护等级为IP22，防护等级较低，按要求应避免安装在高温多湿、阳光直射和多尘、有腐蚀性气体的环境之中。而双向行走变频器安装在包装间控制柜内，工作环境较差，通风散热状况较差，尿素粉尘污染严重，在2005年大修对其解体检查时，发现内部元件线路板上有大量尿素结晶，用空气吹扫不能除净，将其解体后用酒精清洗都不能完全清洗干净。而尿素在气候干燥时为结晶，潮湿后又水解，形成导电介质，对变频器绝缘影响非常大。

通过综合分析可初步确定变频器过电压故障原因为:1)变频器运行多年后中间直流回路电容容量下降；2)变频器工作环境等外部因素影响。

空气开关主要对变频器起隔离和保护作用。变频器主空气开关动作频繁，通过分析，动作主要原因可能是：1)过载、短路故障；2)空气开关本身故障。

2.2.1 在2005年针对空气开关动作情况，对变频器、电机、控制回路、线路情况等进行了多次彻底检查均无异常。对主空气开关进行了校验、更换，证实开关本身并无质量缺陷。查阅历年记录，发现空气开关动作均较为频繁，通过查阅原始图册，看出最初设计时是按照行走电机功率选择的GV2-M08（2.5～4A）开关，后又改为C65H 10A空气开关，但动作仍然频繁，如表1所示。最后查阅变频器原始说明书，发现主空气开关按要求应按照变频器功率而不是按照负载电动机功率来选择。

1)变频器在刚接通瞬间，电容器的充电电流可高达额定电流的2～3倍；

2)变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常可超过额定电流；

所以主空气开关额定电流Iqn应选为Iqn≥（1.3～1.4）In；In－变频器额定电流。

成品双向行走电机变频器采用的是日本SANKEN通用型全数字式变频器SAMCO-M，型号：MF-7.5K-380，额定电流17A。

则双向行走变频器应选择主空气开关额定电流：Iqn≥（1.3～1.4）*17A，考虑到成品双向行走变频器负载较小，电机功率仅为1.5KW，综合考虑各种因素，在去年9月将变频器主空气开关更换为C65H—16A，通过运行可以看出效果明显，故障率大大降低。

因此，分析双向行走变频器主空气开关频繁动作原因主要应是空气开关选型不合理。

3.1 在2005年9月对双向行走整个回路进行了全面检查，没有发现存在异常问题。同时对变频器本体进行了较为彻底的解体检查，发现内部元件线路板上有大量尿素结晶，用空气吹扫不能除净，将其解体后用酒精清洗都不能完全清洗干净。尿素在气候干燥时为结晶，潮湿后又水解，形成导电介质，对变频器绝缘影响非常大。

3.2 在2005年9月对变频器主空气开关进行了更换，原C65H—10A空气开关改为C65H—16A，通过近段时间的观察，运行状况大大改善。

2005年
序号	时间	故障类型	天气情况	料仓定位	备注
1	10/8 23:36	变频器显“OU”	阴	C→D	换仓
2	10/11 8:40	变频器显“OU”	阴	A→C	换仓
3	10/12 13:00	变频器显“OU”	阴	A→D	换仓
4	10/12 15:42	空气开关跳	阴	A→D	换仓
5	10/13 16:55	变频器显“OU”	小雨	移动	接班
6	10/13 17:25	空气开关跳	小雨	D→E	换仓
7	10/13 21:52	空气开关跳	阴	B	换仓
8	10/14 00:00	空气开关跳	阴	E→D	换仓
9	10/17 8:40	变频器显“OU”	阴	B	接班
10	10/18 8:30	变频器显“OU”	小雨	B	接班
11	11/13 8:30	变频器显示“OU”	阴	B	接班
12	11/20 8:20	变频器显“OU”	晴	A	换仓
13	11/22 8:20	变频器显“OU”	阴	B	换仓
14	11/24 8:25	变频器显“OU”	晴	C→B	换仓
15	12/30 11:05	变频器显“OU”	晴	B	换仓
2006年
1	1/9 8:43	变频器显“OU”	阴			接班
2	1/12 8:15	变频器显“OU”	晴			接班

3.3 对双向行走故障进行处理后，通过表2可看出主空气开关故障动作频率大大降低，自2005年11月至今空气开关再未动作。而变频器“OU”故障在2005年9月后一段时间内依然出现频繁，但随着天气情况的好转（与历年相比，今年连续阴雨天气较少）2006年1月～5月变频器“OU”故障基本未再出现。由此可见，变频器本身以及工作环境因素等外部原因导致了变频器故障的频繁出现，要彻底解决这一问题，建议根据实际工作环境、双向行走电机功率等具体情况，选择功率适当的、防护等级高的变频器。

通过对成品包装双向行走故障的处理，提醒我们做为工程技术人员，在工作中设计、选择电气设备以及元器件时，应针对设备运行特性、设备工作环境等各方面因素进行综合考虑，避免由于设备选型方面存在的问题影响到生产工作。