纸机电气传动系统的故障检修分析

彭迪辉

(湖南泰格林纸集团沅江纸业，湖南沅江，413100)

纸机电气传动系统的故障检修分析

彭迪辉

(湖南泰格林纸集团沅江纸业，湖南沅江，413100)

纸机电气传动系统的交流变频调速利用PROFIBUS现场总线协议通讯格式来实现变频器通讯及控制，笔者在总结维修实践的基础上，对该电气传动系统在运行中因纸机外部工艺参数变化而致使纸机车速不稳定及某分部随机跳停和变频器硬件缺损等故障检修进行剖析。

纸机;传动系统;故障检修分析;变频调速

当今纸机传动系统以交流变频调速逐步取代以前的直流总轴及可控硅直流控制单元的传动方式。从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多分部协调运转，交流变频调速都是利用PROFIBUS现场总线协议通讯格式来实现变频器通讯及控制。该传动系统具有高效率的驱动性能及良好的控制特性，在现代造纸领域得到广泛应用，笔者在总结维修实践的基础上，对电气传动系统运行中因纸机外部工艺参数变化而导致车速不稳定及某分部随机跳停和变频器硬件缺损等故障检修进行剖析，以供参考。

1 纸机车速不稳定

纸机车速的稳定不仅与电源电压、电源频率、变频器有关，同时与纸机工艺参数变化有关。所以纸机车速不稳的故障可分为变频器内部故障和造纸工艺及机械等的外部故障。

1.1 内部故障检修分析

内部故障主要是变频器自身发生故障导致纸机车速不稳，其次是受高温、潮湿等恶劣环境影响引起绝缘降低或击穿的突发现象;变频器自身元器件老化，如常见的电容老化失效漏电等。在纸机传动系统中最为常见的变频器过流、过载、过热，输出不稳定，电流波动大等故障，造成变频器主电路驱动模块、IGBT、逆变模块、整流桥、驱动电路及充电电阻损坏率较高。其次是检查变频器相关的信号线、反馈线、通讯线负荷分配点之间的各输入输出线连接点是否良好，PLC程序设置的参数上下限是否发生变化，程序执行是否正确，变频器参数转矩补偿设置是否正确，默认参数是否与电机参数一致，速度调节器参数是否合适，变频器输出三相电源是否平衡或输出电压有无波动，整流输出滤波电容器是否老化等。

1.2 外部故障检修分析

1.2.1 机械故障

(1)检查连接器及速度传感器的机械连接是否良好。

(2)拆开机械设备的联轴器，只运转电动机，通过电机是否正常判断故障是否来自机械设备。

(3)设备转动声音异常，声响具有明显周期性且能观察到机械周期。如湖南沅江纸业3520/800长网多缸高速纸机烘缸组封闭式齿轮箱齿轮打坏，造成轴承温度过高而烧坏的现象，导致该分部因速度不稳定而过流跳停。

1.2.2 造纸工艺参数不稳定

造纸工艺参数的不稳定不但给系统增加了传动负荷和传动能耗，并严重影响变频器的正常运行，导致故障率的升高，如网部的真空度及浆料上网的浓度、压榨部压力的变化，浆料脱水不足，烘缸内排水不畅，纸机更换辊筒后出现辊径参数变化与实际车速不符等问题都会导致系统的不稳定，导致无法正常抄造。

1.3 实例剖析

(1)3520/800长网多缸高速文化纸机的干燥部的单挂1-2组与3、4、5、6组烘缸在运行中出现速差，转速波动较大，导致纸幅干度不均衡，频繁断纸。变频器显示过载系统跳停。故障原因:因烘缸排水不畅导致烘缸内积水，造成烘缸负载转矩的变化和烘缸温度变化的缘故。该纸机干燥部采用了较先进的热泵供热技术 (其优点是节能)，烘缸及UNO缸为旋转式接头，虹吸管采用 JCHN-SONPTX97SOCSS，进气阀为DN80、排水阀为DN50，采用固定虹吸管排水结构。它是靠烘缸内蒸汽压与排水管线终端压力的压力差排出烘缸内的冷凝水，并在虹吸管接头处进行压差调节。系统主要通过利用压力调节和压差调节控制进行热力系统的控制和调节。所以在纸机干燥部必须控制好烘缸压差，以保证冷凝水跨过虹吸管所需压差，确保冷凝水的排水通畅。判断烘缸是否积水的方法:用手持式红外线测温仪在线测试运行中的每段烘缸表面温度曲线，表面温度曲线偏低的烘缸很可能有排水不畅及缸内积水;如停机测试，需等60 min左右后再进行测试，而测试的烘缸表面温度曲线偏低的烘缸确认缸内无积水。

(2)3520/800长网多缸高速纸机的施胶与软压光更换辊筒后，因辊筒直径参数及设置到变频器速度调节的参数出现误差，导致在运行中辊筒之间出现一快一慢，电流不稳定，造成频繁断纸及纸张黏辊现象。又如该纸机的压榨辊更换辊筒后，因测量上下机辊筒直径参数不准确，导致在运行中出现明显的速差，电流波动很大，造成该分部毛布损坏，无法抄造，传动单元报警甚至停机。这些故障原因是因更换下来的辊筒直径与上机辊筒直径参数发生变化所致，造成辊筒之间失去平衡的压力使纸幅受到非正常的压力或拉力导致纸幅强度下降而断裂。同理，在压榨部下机与上机的辊筒直径参数有差异，而辊筒通过加压不能平衡地带动毛布正常运转，造成毛布受到非正常的拉力或压力强度下降而损坏，由此造成传动单元报警甚至停机。

故障处理:如辊筒之间有严重不平衡或电流有异常摆动现象，应首先进行空车调试寻找不平衡的原因是否来自机械，并根据电流及速度的显示调整变频器速度参数看是否能稳定下来，如更换辊筒的部位有负荷分配应首先检查负荷分配控制是否出现了误差。如果以上都正常，应检查变频器的参数转矩补偿设置是否准确，默认参数是否与电机参数一致，上下机辊筒的直径和中高参数是否测量准确。上下机辊筒直径参数设置到变频器速度调节器的参数是否相符，反复细调变频器速度调节器使车速稳定。该故障在造纸传动系统经常出现，所以在更换辊筒时应仔细测量上下机辊筒的直径及中高的参数，并检查负荷分配对辊筒相关的控制系统，确保上下机辊筒的直径参数设置到变频器速度调节的参数准确无误。

2 传动系统某分部跳闸故障分析实例

2.1 电机绕组匝间短路导致变频器跳停

3520/800纸机在一次冲洗网子时，纸机处于爬行状况运行 (15～50 m/min可调的爬行速度)后在系统加速的过程中驱网辊分部跳闸。控制盘上显示OVERCURRENT(过流)。根据故障代码分析主要原因有:①负载短路;②机械故障;③变频器逆变模块损坏;④电机转矩过小。在检测电机时发现有相绕组匝间短路，变频器IGBT逆变模块击穿。该驱网辊电机是型号为YP355M-4的专用变频电机，额定电流450 A，功率250 kW，变频器为ABB-ACS600。为什么电机由爬行过渡到正常加速过程中导致电机绕组匝间短路及变频器的损坏呢?在故障分析会上有人认为造成该故障的原因与电机低速运转时间过长有关，但笔者认为，该变频电机不管与普通电机有何区别，因变频电机处于低速运行状况时有着单独的通风冷却系统，加上该系统采用ABB公司全数字变频调速 (转矩矢量控制)，即在全调速范围内都能输出足额转矩，包括电机在低速运行区域。因此爬行速度时间长短应不会导致电机造成匝间短路烧坏。但不排除该电机运行多年，因受环境高温及潮湿等缘故的影响，电机绕组的绝缘强度已大大降低，绝缘有可能处于电压击穿的临界点。而在以往运行中电机还未产生电压击穿现象。由于交-直-交PWM调制，变频器输出的电压及电流的波形均含有高次谐波，当高次谐波流过电机绕组时铜损增大，从而引起绕组发热。导致电机绝缘强度进一步削弱，在电机提速的过程中，定子旋转磁场的同步转速迅速上升，而电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果是升速电流太大，三相输出电压与频率均已达很高的幅值。此时电机绕组如有电压击穿现象，会在瞬间形成极大的浪涌电流，终会导致电机因绝缘老化造成绕组匝间电压击穿而短路，同时逆变模块在电流检测电路动作之前已经无法承受而烧坏。由此看出，变频器对电机绕组的突发性电压击穿现象，应该说起不到有效的保护作用。

2.2 外部工艺参数变化导致变频器过流跳闸

2640/500纸机驱网辊在运行中突然跳闸，该变频器为AB-20BP205A3ANNADC1，变频电机90 kW，跳闸的主要原因分析:①变频器输出回路或电动机故障;②机械负载超限;③变频器自身故障。变频器在运行中出现输出电流超过设定的极限电流而发生跳闸时，根据变频器过流信息提示及电机回路机械设备及工艺参数进行综合分析，检查电机电缆及机械部位正常后，在协同纸机操作人员检查工艺参数状况时发现网部真空度增高，造成网部真空箱面板对驱网辊驱动网子的阻力增大，导致驱网辊负载加重而过流跳闸。调整真空度正常后，变频器复位开机正常。所以在纸机运行中，网部真空度突然增高会导致驱网辊因负载过重，电流超过设定的极限而跳闸，严重时会冲坏变频器逆变模块。

3 变频器故障分析实例

(1)3520/800高速文化纸机在运行中三烘分部突然跳停，该变频电机功率为160 kW，变频器型号为ABB-ACS600变频器显示 SHORT CIRCUIT(短路);根据电气运行值班记录得知该变频器平时出现过电流波动及电机电流、温度都有些偏高的现象。检查测量电机电缆及传感器都没有问题，为不影响正常生产，替换一台ABB-ACS800变频器后开机正常。由此可见该分部负载回路应没有瞬间过载的现象。故障原因可能是变频器本身IGBT及驱动电路有问题。在维修时检测更换下来的ACS600主回路时，检查IGBT模块是否击穿。考虑到模块的损坏及该变频器已运行6年多时间，驱动电路很有可能存在元器件老化。在检查驱动电路板时果然发现一个小电解电容有漏液的痕迹，并怀疑PC923和PC929光耦老化并进行替换。因为PC923及PC929是专用于驱动IGBT模块带有放大电路的一款光耦。更换电解电容和IGBT后试机正常。所以驱动电路的老化导致驱动波形失真，输出电压不平衡及电压波动太大有可能导致IGBT模块的损坏。再检查驱动电路是否有问题，可在没通电时比较一下各路触发端电阻是否一致及在通电后比较一下开机后触发端的电压波形是否失真。

(2)3520/800纸机运行中正压上辊突然停机。变频电机功率160 kW，变频器为ABB-ACS600变频器。经常出现PPCC LINK故障。该故障的出现没有规律;故障出现后变频器能复位，不再做任何其他工作，变频器又能开启正常工作。检查光纤比较干净，接触连接也牢固;光纤与主回路接口板NINT-43C连接紧固;但检查测量IGBT模块时发现有一路整流桥不能正常导通和关闭，更换IGBT模块后故障消失，由此看来变频器IGBT损坏也会显示PPCC LINK故障。

(3)3520/800纸机压光机运行中变频器显示OH(过热)，且能复位。该变频器为ABB-ACS600，变频电机功率55 kW;考虑到在运行中出现故障，所以温度传感器损坏的可能性应该不大，用手触摸相邻变频器，这台变频器温度较高，在检查变频器时发现变频器散热风扇罩内积满芦苇灰尘，并检查风扇线圈是否烧坏。经清理灰尘更换同型号风扇后开机没有再出现此故障，变频器运行良好。在造纸传动系统中变频器风机烧坏较为常见。

4 结语

纸机传动系统在运行中，除变频器自身故障外，故障的出现往往与机械及造纸工艺参数有着直接的关系。所以电气维修人员不但要熟练掌握电气传动系统的原理结构、调试方法，还需对电气拖动的机械及造纸工艺有所了解，因在很多情况下变频器所显示的故障代码并不能完全分析找到故障真正原因，应根据故障的部位及现象、造纸工艺参数及器材的状况来综合分析检测，确认故障来自外部工艺参数变化还是电气系统或机械负载。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

彭迪辉先生，国家高级电气技师;主要从事造纸电气传动技术工作。

(E-mail:yzpdh@yahoo．cn)

2011-10-11(修改稿)

(责任编辑:郭彩云)