紙機電氣傳動系統的故障檢修分析

彭迪輝

(湖南泰格林紙集團沅江紙業，湖南沅江，413100)

紙機電氣傳動系統的故障檢修分析

彭迪輝

(湖南泰格林紙集團沅江紙業，湖南沅江，413100)

紙機電氣傳動系統的交流變頻調速利用PROFIBUS現場總線協議通訊格式來實現變頻器通訊及控制，筆者在總結維修實踐的基礎上，對該電氣傳動系統在運行中因紙機外部工藝參數變化而致使紙機車速不穩定及某分部隨機跳停和變頻器硬件缺損等故障檢修進行剖析。

紙機;傳動系統;故障檢修分析;變頻調速

當今紙機傳動系統以交流變頻調速逐步取代以前的直流總軸及可控硅直流控制單元的傳動方式。從一般要求的小范圍調速傳動到高精度、快響應、大范圍的調速傳動，從單機傳動到多分部協調運轉，交流變頻調速都是利用PROFIBUS現場總線協議通訊格式來實現變頻器通訊及控制。該傳動系統具有高效率的驅動性能及良好的控制特性，在現代造紙領域得到廣泛應用，筆者在總結維修實踐的基礎上，對電氣傳動系統運行中因紙機外部工藝參數變化而導致車速不穩定及某分部隨機跳停和變頻器硬件缺損等故障檢修進行剖析，以供參考。

1 紙機車速不穩定

紙機車速的穩定不僅與電源電壓、電源頻率、變頻器有關，同時與紙機工藝參數變化有關。所以紙機車速不穩的故障可分為變頻器內部故障和造紙工藝及機械等的外部故障。

1.1 內部故障檢修分析

內部故障主要是變頻器自身發生故障導致紙機車速不穩，其次是受高溫、潮濕等惡劣環境影響引起絕緣降低或擊穿的突發現象;變頻器自身元器件老化，如常見的電容老化失效漏電等。在紙機傳動系統中最為常見的變頻器過流、過載、過熱，輸出不穩定，電流波動大等故障，造成變頻器主電路驅動模塊、IGBT、逆變模塊、整流橋、驅動電路及充電電阻損壞率較高。其次是檢查變頻器相關的信號線、反饋線、通訊線負荷分配點之間的各輸入輸出線連接點是否良好，PLC程序設置的參數上下限是否發生變化，程序執行是否正確，變頻器參數轉矩補償設置是否正確，默認參數是否與電機參數一致，速度調節器參數是否合適，變頻器輸出三相電源是否平衡或輸出電壓有無波動，整流輸出濾波電容器是否老化等。

1.2 外部故障檢修分析

1.2.1 機械故障

(1)檢查連接器及速度傳感器的機械連接是否良好。

(2)拆開機械設備的聯軸器，只運轉電動機，通過電機是否正常判斷故障是否來自機械設備。

(3)設備轉動聲音異常，聲響具有明顯周期性且能觀察到機械周期。如湖南沅江紙業3520/800長網多缸高速紙機烘缸組封閉式齒輪箱齒輪打壞，造成軸承溫度過高而燒壞的現象，導致該分部因速度不穩定而過流跳停。

1.2.2 造紙工藝參數不穩定

造紙工藝參數的不穩定不但給系統增加了傳動負荷和傳動能耗，并嚴重影響變頻器的正常運行，導致故障率的升高，如網部的真空度及漿料上網的濃度、壓榨部壓力的變化，漿料脫水不足，烘缸內排水不暢，紙機更換輥筒后出現輥徑參數變化與實際車速不符等問題都會導致系統的不穩定，導致無法正常抄造。

1.3 實例剖析

(1)3520/800長網多缸高速文化紙機的干燥部的單掛1-2組與3、4、5、6組烘缸在運行中出現速差，轉速波動較大，導致紙幅干度不均衡，頻繁斷紙。變頻器顯示過載系統跳停。故障原因:因烘缸排水不暢導致烘缸內積水，造成烘缸負載轉矩的變化和烘缸溫度變化的緣故。該紙機干燥部采用了較先進的熱泵供熱技術 (其優點是節能)，烘缸及UNO缸為旋轉式接頭，虹吸管采用 JCHN-SONPTX97SOCSS，進氣閥為DN80、排水閥為DN50，采用固定虹吸管排水結構。它是靠烘缸內蒸汽壓與排水管線終端壓力的壓力差排出烘缸內的冷凝水，并在虹吸管接頭處進行壓差調節。系統主要通過利用壓力調節和壓差調節控制進行熱力系統的控制和調節。所以在紙機干燥部必須控制好烘缸壓差，以保證冷凝水跨過虹吸管所需壓差，確保冷凝水的排水通暢。判斷烘缸是否積水的方法:用手持式紅外線測溫儀在線測試運行中的每段烘缸表面溫度曲線，表面溫度曲線偏低的烘缸很可能有排水不暢及缸內積水;如停機測試，需等60 min左右后再進行測試，而測試的烘缸表面溫度曲線偏低的烘缸確認缸內無積水。

(2)3520/800長網多缸高速紙機的施膠與軟壓光更換輥筒后，因輥筒直徑參數及設置到變頻器速度調節的參數出現誤差，導致在運行中輥筒之間出現一快一慢，電流不穩定，造成頻繁斷紙及紙張黏輥現象。又如該紙機的壓榨輥更換輥筒后，因測量上下機輥筒直徑參數不準確，導致在運行中出現明顯的速差，電流波動很大，造成該分部毛布損壞，無法抄造，傳動單元報警甚至停機。這些故障原因是因更換下來的輥筒直徑與上機輥筒直徑參數發生變化所致，造成輥筒之間失去平衡的壓力使紙幅受到非正常的壓力或拉力導致紙幅強度下降而斷裂。同理，在壓榨部下機與上機的輥筒直徑參數有差異，而輥筒通過加壓不能平衡地帶動毛布正常運轉，造成毛布受到非正常的拉力或壓力強度下降而損壞，由此造成傳動單元報警甚至停機。

故障處理:如輥筒之間有嚴重不平衡或電流有異常擺動現象，應首先進行空車調試尋找不平衡的原因是否來自機械，并根據電流及速度的顯示調整變頻器速度參數看是否能穩定下來，如更換輥筒的部位有負荷分配應首先檢查負荷分配控制是否出現了誤差。如果以上都正常，應檢查變頻器的參數轉矩補償設置是否準確，默認參數是否與電機參數一致，上下機輥筒的直徑和中高參數是否測量準確。上下機輥筒直徑參數設置到變頻器速度調節器的參數是否相符，反復細調變頻器速度調節器使車速穩定。該故障在造紙傳動系統經常出現，所以在更換輥筒時應仔細測量上下機輥筒的直徑及中高的參數，并檢查負荷分配對輥筒相關的控制系統，確保上下機輥筒的直徑參數設置到變頻器速度調節的參數準確無誤。

2 傳動系統某分部跳閘故障分析實例

2.1 電機繞組匝間短路導致變頻器跳停

3520/800紙機在一次沖洗網子時，紙機處于爬行狀況運行 (15～50 m/min可調的爬行速度)后在系統加速的過程中驅網輥分部跳閘。控制盤上顯示OVERCURRENT(過流)。根據故障代碼分析主要原因有:①負載短路;②機械故障;③變頻器逆變模塊損壞;④電機轉矩過小。在檢測電機時發現有相繞組匝間短路，變頻器IGBT逆變模塊擊穿。該驅網輥電機是型號為YP355M-4的專用變頻電機，額定電流450 A，功率250 kW，變頻器為ABB-ACS600。為什么電機由爬行過渡到正常加速過程中導致電機繞組匝間短路及變頻器的損壞呢?在故障分析會上有人認為造成該故障的原因與電機低速運轉時間過長有關，但筆者認為，該變頻電機不管與普通電機有何區別，因變頻電機處于低速運行狀況時有著單獨的通風冷卻系統，加上該系統采用ABB公司全數字變頻調速 (轉矩矢量控制)，即在全調速范圍內都能輸出足額轉矩，包括電機在低速運行區域。因此爬行速度時間長短應不會導致電機造成匝間短路燒壞。但不排除該電機運行多年，因受環境高溫及潮濕等緣故的影響，電機繞組的絕緣強度已大大降低，絕緣有可能處于電壓擊穿的臨界點。而在以往運行中電機還未產生電壓擊穿現象。由于交-直-交PWM調制，變頻器輸出的電壓及電流的波形均含有高次諧波，當高次諧波流過電機繞組時銅損增大，從而引起繞組發熱。導致電機絕緣強度進一步削弱，在電機提速的過程中，定子旋轉磁場的同步轉速迅速上升，而電動機轉子的轉速因負載慣性較大而跟不上去，結果是升速電流太大，三相輸出電壓與頻率均已達很高的幅值。此時電機繞組如有電壓擊穿現象，會在瞬間形成極大的浪涌電流，終會導致電機因絕緣老化造成繞組匝間電壓擊穿而短路，同時逆變模塊在電流檢測電路動作之前已經無法承受而燒壞。由此看出，變頻器對電機繞組的突發性電壓擊穿現象，應該說起不到有效的保護作用。

2.2 外部工藝參數變化導致變頻器過流跳閘

2640/500紙機驅網輥在運行中突然跳閘，該變頻器為AB-20BP205A3ANNADC1，變頻電機90 kW，跳閘的主要原因分析:①變頻器輸出回路或電動機故障;②機械負載超限;③變頻器自身故障。變頻器在運行中出現輸出電流超過設定的極限電流而發生跳閘時，根據變頻器過流信息提示及電機回路機械設備及工藝參數進行綜合分析，檢查電機電纜及機械部位正常后，在協同紙機操作人員檢查工藝參數狀況時發現網部真空度增高，造成網部真空箱面板對驅網輥驅動網子的阻力增大，導致驅網輥負載加重而過流跳閘。調整真空度正常后，變頻器復位開機正常。所以在紙機運行中，網部真空度突然增高會導致驅網輥因負載過重，電流超過設定的極限而跳閘，嚴重時會沖壞變頻器逆變模塊。

3 變頻器故障分析實例

(1)3520/800高速文化紙機在運行中三烘分部突然跳停，該變頻電機功率為160 kW，變頻器型號為ABB-ACS600變頻器顯示 SHORT CIRCUIT(短路);根據電氣運行值班記錄得知該變頻器平時出現過電流波動及電機電流、溫度都有些偏高的現象。檢查測量電機電纜及傳感器都沒有問題，為不影響正常生產，替換一臺ABB-ACS800變頻器后開機正常。由此可見該分部負載回路應沒有瞬間過載的現象。故障原因可能是變頻器本身IGBT及驅動電路有問題。在維修時檢測更換下來的ACS600主回路時，檢查IGBT模塊是否擊穿?？紤]到模塊的損壞及該變頻器已運行6年多時間，驅動電路很有可能存在元器件老化。在檢查驅動電路板時果然發現一個小電解電容有漏液的痕跡，并懷疑PC923和PC929光耦老化并進行替換。因為PC923及PC929是專用于驅動IGBT模塊帶有放大電路的一款光耦。更換電解電容和IGBT后試機正常。所以驅動電路的老化導致驅動波形失真，輸出電壓不平衡及電壓波動太大有可能導致IGBT模塊的損壞。再檢查驅動電路是否有問題，可在沒通電時比較一下各路觸發端電阻是否一致及在通電后比較一下開機后觸發端的電壓波形是否失真。

(2)3520/800紙機運行中正壓上輥突然停機。變頻電機功率160 kW，變頻器為ABB-ACS600變頻器。經常出現PPCC LINK故障。該故障的出現沒有規律;故障出現后變頻器能復位，不再做任何其他工作，變頻器又能開啟正常工作。檢查光纖比較干凈，接觸連接也牢固;光纖與主回路接口板NINT-43C連接緊固;但檢查測量IGBT模塊時發現有一路整流橋不能正常導通和關閉，更換IGBT模塊后故障消失，由此看來變頻器IGBT損壞也會顯示PPCC LINK故障。

(3)3520/800紙機壓光機運行中變頻器顯示OH(過熱)，且能復位。該變頻器為ABB-ACS600，變頻電機功率55 kW;考慮到在運行中出現故障，所以溫度傳感器損壞的可能性應該不大，用手觸摸相鄰變頻器，這臺變頻器溫度較高，在檢查變頻器時發現變頻器散熱風扇罩內積滿蘆葦灰塵，并檢查風扇線圈是否燒壞。經清理灰塵更換同型號風扇后開機沒有再出現此故障，變頻器運行良好。在造紙傳動系統中變頻器風機燒壞較為常見。

4 結語

紙機傳動系統在運行中，除變頻器自身故障外，故障的出現往往與機械及造紙工藝參數有著直接的關系。所以電氣維修人員不但要熟練掌握電氣傳動系統的原理結構、調試方法，還需對電氣拖動的機械及造紙工藝有所了解，因在很多情況下變頻器所顯示的故障代碼并不能完全分析找到故障真正原因，應根據故障的部位及現象、造紙工藝參數及器材的狀況來綜合分析檢測，確認故障來自外部工藝參數變化還是電氣系統或機械負載。CPP

Faults Analysis and Maintenance of Electric Drive System of Paper Machine

PENG Di-hui
(Yuanjiang Paper of Tiger Forest＆ Paper Group，Yuanjiang，Hu'nan Province，413100)

Nowadays paper machine drive systems of DC main shaft and SCR DC drive control unit have been gradually replaced by AC variable frequency and speed drive．From the small range variable speed drive to high precision，fast response，wide range variable speed drive，from the single drive to multiple segments coordination，PROFIBUS fieldbus protocol format is used to achieve communication and control of frequency converter，which is with high efficient drive and good control characteristics，and is widely used in papermaking industry．Based on maintenance practice，the author analyzed the reasons of speed instability，rundownly stop of some part and defects of inverter hardware．

paper machine;drive system;fault analysis;troubleshooting;ABB frequency converter;vector torque control

TS736+.1

B

0254-508X(2012)03-0039-03

彭迪輝先生，國家高級電氣技師;主要從事造紙電氣傳動技術工作。

(E-mail:yzpdh@yahoo．cn)

2011-10-11(修改稿)

(責任編輯:郭彩云)