淺談水文纜道控制系統(tǒng)中變頻器的安裝調(diào)試方法

，，

(四川省甘孜水文水資源勘測(cè)局，四川 甘孜，626000)

1 概述

近年來(lái)，很多水文站在水文纜道上采用了新技術(shù)，特別是在電子技術(shù)應(yīng)用上有了很大的發(fā)展，創(chuàng)造了用途和性能不同的各種新儀器及新裝置。水文纜道是水文測(cè)站進(jìn)行測(cè)流、取沙等的一項(xiàng)重要技術(shù)裝備。由主索、循回繩、起重繩、支柱、拉線、地錨、轉(zhuǎn)向滑輪、懸吊鉛魚、驅(qū)動(dòng)絞車、信號(hào)儀表裝置、防雷設(shè)施等組合構(gòu)成。

水文纜道絞車是水文站用纜道進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)時(shí)室內(nèi)的主要機(jī)械設(shè)備。驅(qū)動(dòng)水文纜道絞車的動(dòng)力類型主要有人力、柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)三種。電動(dòng)絞車適用性大，只要適宜增加電動(dòng)機(jī)功率，增加絞車機(jī)械主件的強(qiáng)度，可以適用于各級(jí)河流。

電動(dòng)絞車在沒(méi)有調(diào)速設(shè)備時(shí)，由于突然起動(dòng)和停車，使主索產(chǎn)生振動(dòng)，引起鉛魚和儀器對(duì)水流的擾動(dòng)，影響測(cè)驗(yàn)精度。同時(shí)對(duì)水深測(cè)量和施放相對(duì)水深也帶來(lái)難度。如果利用調(diào)速裝置，使水文絞車起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)和停車時(shí)的速度可控，就可以大大改善不利因素。隨著科技的進(jìn)步，變頻器調(diào)速裝置在電動(dòng)絞車調(diào)速中得到廣泛應(yīng)用，為提高水文測(cè)報(bào)的精度提供了保障。無(wú)論早期的KC-1型還是最新研制開發(fā)的ELD-3B型纜道動(dòng)力拖動(dòng)系統(tǒng)，其核心部件都是變頻器。因此，實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于新安裝的變頻器或更換的變頻器，在使用之前必須對(duì)其進(jìn)行一系列的調(diào)試才能投入運(yùn)行。本文重點(diǎn)對(duì)變頻器的安裝調(diào)試方法和運(yùn)行注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹。

2 調(diào)試前的注意事項(xiàng)

2.1 掌握和熟悉面板操作鍵

變頻器都有操作面板，品牌不同，操作面板結(jié)構(gòu)有所不同，但其功能大同小異。一般變頻器操作面板由四位LED數(shù)碼顯示器、發(fā)光二極管指示燈及操作按鍵組成。

普通型操作按鍵有：運(yùn)行鍵(RUN)、停止/復(fù)位鍵(STOP/RESET)、編程鍵(PRG)、退出鍵(ESC)、多功能鍵/點(diǎn)動(dòng)鍵(M)、移位鍵(﹥﹥)、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)鍵(FWD/REV)和一個(gè)電位器調(diào)節(jié)旋鈕組成。在開始調(diào)試前安裝人員首先要結(jié)合操作手冊(cè)，掌握和熟悉變頻器操作面板各功能鍵的作用。

2.2 變頻器調(diào)試

調(diào)試前首先要認(rèn)真閱讀產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)，對(duì)照技術(shù)手冊(cè)，檢查變頻器的輸入、輸出端是否符合技術(shù)手冊(cè)要求，檢查接線是否正確和緊固，輸入、輸出線絕對(duì)不能接錯(cuò)。屏蔽線是否按照技術(shù)手冊(cè)規(guī)定正確連接。

3 通電檢查與調(diào)試

變頻器在通電前，一定要在檢查無(wú)誤的基礎(chǔ)上，確認(rèn)變頻器可以通電時(shí)才能上電。上電后檢查和調(diào)試的內(nèi)容、步驟如下。

3.1 接電源空載試運(yùn)行

接入三相交流電源后，先按點(diǎn)動(dòng)鍵(M)試運(yùn)行，再按運(yùn)行鍵(RUN)運(yùn)行變頻器到50Hz，用萬(wàn)用表測(cè)量變頻器的三相輸出(U/T1、V/T2、W/T3)電壓應(yīng)平衡。然后按停止鍵(STOP/RESET)待頻率降到0Hz時(shí)，再接上負(fù)載，三相異步電動(dòng)機(jī)。

三相異步電動(dòng)機(jī)的檢查：接線柱是否接好，有無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象。再測(cè)量三相阻值基本一致，如果某相阻抗過(guò)大，檢查接線柱是否銹蝕，接觸電阻增大所致。絕對(duì)不能空載調(diào)試，否則頻率顯示閃爍，變頻器無(wú)輸出。甘孜水文站就是個(gè)例子：由于二樓到底樓下線過(guò)多，沒(méi)顏色區(qū)分，又沒(méi)有作標(biāo)記，導(dǎo)致變頻器輸出線至電機(jī)連線接錯(cuò)空載，安裝調(diào)試走了很多彎路。

3.2 帶負(fù)載試運(yùn)行

設(shè)置電機(jī)的極數(shù)、額定功率、額定轉(zhuǎn)速、額定電流，綜合考慮變頻器的工作電流。

選擇參數(shù)自整定功能的執(zhí)行方式：靜止參數(shù)自整定，在電機(jī)不能脫開負(fù)載的情況下進(jìn)行參數(shù)自整定；旋轉(zhuǎn)參數(shù)自整定，在電機(jī)可脫開負(fù)載的情況下進(jìn)行參數(shù)自整定(啟動(dòng)參數(shù)自整定時(shí)，請(qǐng)確保電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，自整定過(guò)程中若出現(xiàn)過(guò)流過(guò)壓故障，可適當(dāng)延長(zhǎng)加減速時(shí)間)；設(shè)定變頻器的上限輸出頻率、下限輸出頻率、基頻、設(shè)置轉(zhuǎn)矩特性；將變頻器設(shè)置為自帶的鍵盤操作模式，按手動(dòng)鍵、運(yùn)行鍵、停止鍵，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確，是否能正常地啟動(dòng)、停止；熟悉變頻器發(fā)生故障時(shí)的保護(hù)代碼，觀察熱保護(hù)繼電器的出廠值，觀察過(guò)載保護(hù)的設(shè)定值，必要時(shí)可以進(jìn)行修改。

4 系統(tǒng)調(diào)試

(1)手動(dòng)操作變頻器面板的運(yùn)行、停止鍵，觀察電機(jī)運(yùn)行、停止過(guò)程以及變頻器的顯示窗口，看是否有異?，F(xiàn)象。如果有異常現(xiàn)象，應(yīng)相應(yīng)改變預(yù)定參數(shù)后再運(yùn)行。

(2)如果啟動(dòng)、停止電機(jī)過(guò)程中變頻器出現(xiàn)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，應(yīng)重新設(shè)定加速、減速時(shí)間。電機(jī)在加、減速時(shí)的加速度取決于加速轉(zhuǎn)矩，由于變頻器在啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程中的頻率變化率是由用戶設(shè)定的。若電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量或電機(jī)負(fù)載變化，按預(yù)先設(shè)定的頻率變化率升速或減速時(shí)，有可能出現(xiàn)加速轉(zhuǎn)矩不匹配，從而造成電機(jī)失速，即電機(jī)轉(zhuǎn)速與變頻器輸出頻率不協(xié)調(diào)，從而造成過(guò)電流或過(guò)電壓。因此，需要根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載合理設(shè)定加、減速時(shí)間，使變頻器的頻率變化率能與電機(jī)轉(zhuǎn)速變化率相協(xié)調(diào)。

檢查此項(xiàng)設(shè)定是否合理的方法是先按經(jīng)驗(yàn)選定加、減速時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，若在啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)流，則可適當(dāng)延長(zhǎng)加速時(shí)間；若在制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)流，則適當(dāng)延長(zhǎng)減速時(shí)間。另一方面，加、減速時(shí)間不宜設(shè)定太長(zhǎng)，時(shí)間太長(zhǎng)將影響生產(chǎn)效率，特別是要求頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的場(chǎng)合。水文纜道的運(yùn)行條件就是要求頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，所以參數(shù)和設(shè)定極為重要。

(3)如果變頻器在限定的時(shí)間內(nèi)仍然保護(hù)，應(yīng)改變啟動(dòng)/停止的運(yùn)行曲線，從直線改為S形、反U形線。電機(jī)負(fù)載慣性較大時(shí)，應(yīng)采用更長(zhǎng)的啟動(dòng)/停止時(shí)間，并根據(jù)其負(fù)載特性設(shè)置運(yùn)行曲線類型。

(4)如果變頻器仍然存在運(yùn)行故障，應(yīng)嘗試增大電流限定的保護(hù)值，但不能取消保護(hù)，應(yīng)留有至少5%～10%的保護(hù)余量，此功能對(duì)速度或負(fù)載急劇變化的場(chǎng)合尤其適用。

(5)如果變頻器帶動(dòng)電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中達(dá)不到預(yù)設(shè)速度，可能有兩種情況：首先系統(tǒng)發(fā)生機(jī)電共振，可以從電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音進(jìn)行判斷。采用設(shè)置頻率跳躍值的方法，可以避開共振點(diǎn)。一般變頻器能設(shè)定三級(jí)跳躍點(diǎn)。v/f控制的變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)時(shí)，在某些頻率段，電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速會(huì)發(fā)生振蕩，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行，甚至在加速過(guò)程中出現(xiàn)電流保護(hù)使得電機(jī)不能正常啟動(dòng)。這在電機(jī)輕載或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小時(shí)更為嚴(yán)重。普通變頻器均備有頻率跨跳功能，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的頻率點(diǎn)，在v/f曲線上設(shè)置跨跳點(diǎn)及跨跳寬度。當(dāng)電機(jī)加速時(shí)可以自動(dòng)跳過(guò)這些頻率段，保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。其次電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力選擇，由于不同品牌的變頻器出廠參數(shù)設(shè)置不同，在相同的負(fù)載條件下，帶載能力也有所不同；也可能因變頻器控制方法不同，造成電機(jī)的帶載能力不同；或因系統(tǒng)的輸出效率不同，造成帶載能力會(huì)有所差異。對(duì)于這些情況，可以增大轉(zhuǎn)矩提升值。如果達(dá)不到，可用手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能(但不要設(shè)定過(guò)大，導(dǎo)致電機(jī)的溫升增加)，如果仍然不行，應(yīng)改用新的控制方法，比如采用v/f比值恒定的方法。啟動(dòng)達(dá)不到要求時(shí)，可改用無(wú)速度傳感器矢量控制方法，此時(shí)電機(jī)具有更大的轉(zhuǎn)矩輸出能力。

(6)變頻器功率選?。阂话銥樨?fù)載電機(jī)最大功率的2倍以上，否則常出現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)停機(jī)現(xiàn)象。爐霍望果水文站，3kW變頻器帶動(dòng)3kW電動(dòng)機(jī)，當(dāng)變頻器輸出頻率超過(guò)5Hz時(shí)，變頻器立即保護(hù)無(wú)輸出。后將變頻器由3kW換成同型號(hào)7.5kW時(shí)，運(yùn)行至今再?zèng)]有出現(xiàn)過(guò)無(wú)輸出自動(dòng)保護(hù)停機(jī)現(xiàn)象。

(7)變頻器LED顯示運(yùn)行參數(shù)與停機(jī)參數(shù)不止一個(gè)參數(shù)，而是有多個(gè)參數(shù)。如果需要顯示某個(gè)設(shè)定參數(shù)，則可在停機(jī)或運(yùn)行中按移位鍵尋找需要顯示的參數(shù)。水文站主要顯示：頻率、正、反轉(zhuǎn)等。

5 變頻器的運(yùn)行

變頻器是精密的電力電子設(shè)備，為了確保其安全可靠地運(yùn)行，在使用過(guò)程中需注意以下事項(xiàng)：

(1)為防止引發(fā)電器接觸不良，變頻器安裝的場(chǎng)所應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源，并使用減振橡膠墊固定在控制柜內(nèi)，不能與柜內(nèi)電磁開關(guān)之類易產(chǎn)生振動(dòng)的元器件太近；

(2)變頻器的工作溫度應(yīng)控制在40℃以下，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說(shuō)明書中的安裝要求，絕對(duì)不允許把發(fā)熱元器件緊靠變頻器的底部安裝；

(3)變頻器只能正面立裝，下方進(jìn)、出線，絕對(duì)不能平裝；

(4)變頻器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多干擾電磁波，對(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)的儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)選用金屬外殼屏蔽，元器件應(yīng)可靠接地。除此之外，變頻器控制線與電源線應(yīng)分開布線，切忌將各類導(dǎo)線捆成一束走線。各電器元件、儀器及儀表之間的走線應(yīng)選用屏蔽控制電纜。如果處理不好，電磁干擾會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法工作，鄉(xiāng)城洞松水文站就是案例；

(5)變頻器到電動(dòng)機(jī)的連線應(yīng)小于100m，否則電纜產(chǎn)生電容過(guò)大，容易導(dǎo)致變頻器的功率開關(guān)瞬間產(chǎn)生過(guò)大的尖峰電流，損壞功率逆變模塊。新龍水文站就出現(xiàn)過(guò)連線過(guò)長(zhǎng)損壞變頻器的案例；

(6)變頻器正確接地是提高控制系統(tǒng)靈敏度，抑制噪聲的重要手段，變頻器接地端接地電阻越小越好。接地導(dǎo)線截面積應(yīng)不小于2.5mm2，長(zhǎng)度應(yīng)控制在20m以內(nèi)。變頻器的接地必須與動(dòng)力設(shè)備接地分開，不能共地，信號(hào)輸入線的屏蔽層，應(yīng)接至E上。變頻器與控制柜之間的接地應(yīng)連通，如果實(shí)際安裝有困難，可用銅芯導(dǎo)線跨接；

(7)在變頻器中，設(shè)有電源保護(hù)器等雷電吸收網(wǎng)絡(luò)，但在實(shí)際工作中，特別是電源線架空引入的情況下，進(jìn)線處裝設(shè)變頻器專用避雷器，或按規(guī)范要求在離變頻器20m的遠(yuǎn)處預(yù)埋鋼管做專用接地保護(hù)。如果電源由電纜引入，則應(yīng)做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設(shè)備；

(8)電位器是一種可調(diào)電器元件，由一個(gè)電阻體和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成。變頻調(diào)速中使用的電位器均是手柄轉(zhuǎn)動(dòng)式調(diào)速。一般用1W-10W/2.2kΩ-47kΩ電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。電位器用久了或質(zhì)量不好，會(huì)產(chǎn)生很多故障，影響變頻器正常運(yùn)行。在電位器給定頻率的變頻調(diào)速中，電位器是最容易出故障的元件。

在變頻器運(yùn)行時(shí)，始終為0Hz電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)電位器無(wú)效。碰到這種情況，應(yīng)觀察變頻器控制面板上的LED指示燈“RUN/TUNE”和“LOCAL/REMOT”工作情況?！癛UN/TUNE”是運(yùn)行狀態(tài)指示燈，燈亮表示運(yùn)行，燈熄表示停機(jī)?！癓OCAL/REMOT”是控制模式指示燈，燈亮表示端子板控制運(yùn)行信號(hào)到，燈熄表示停機(jī)，燈閃爍表示參數(shù)自學(xué)習(xí)。當(dāng)觀察到兩指示燈處于亮?xí)r，可以判斷變頻器已經(jīng)收到了外部給予的開機(jī)信號(hào)。變頻器沒(méi)有輸出，電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，是因?yàn)樽冾l器還沒(méi)有收到給予的頻率信號(hào)，所以沒(méi)有輸出。此時(shí)更換電位器即可排除故障。

6 建議

由于科技進(jìn)步和水文形勢(shì)發(fā)展很快，各地創(chuàng)制的新儀器、新裝備種類很多，建議省水文水資源勘測(cè)局組建水文儀器設(shè)備“應(yīng)用科學(xué)”交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“共研共創(chuàng)，資源共享，精益求精，做到經(jīng)濟(jì)人才效益最大化”與時(shí)俱進(jìn)，推動(dòng)水文事業(yè)迅猛發(fā)展。