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        礦井變頻器干擾問題的解決方案

        2018-12-21 11:16:38侯彪
        贏未來 2018年14期
        關(guān)鍵詞:理論知識煤礦機(jī)電設(shè)備故障

        侯彪

        摘要:煤礦機(jī)電設(shè)備不同于普通的電器設(shè)備,它對設(shè)備的安全和質(zhì)量等級要求很高,必須保證設(shè)備的質(zhì)量問題。但是變頻器干擾問題一直是困擾煤礦行業(yè)的常見問題,造成故障的原因很多,需要工程師結(jié)合理論知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析,最后解決問題。本文主要以某礦井變頻器故障為實(shí)例,論述了如何解決變頻器干擾的問題。

        關(guān)鍵詞:煤礦機(jī)電設(shè)備;變頻器干擾;故障;理論知識

        背景

        變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果成為目前最流行的交流調(diào)速方式。逆變器系統(tǒng)的軟啟動可以減少設(shè)備和電機(jī)的機(jī)械沖擊,延長設(shè)備和電機(jī)的使用壽命。變頻器及其節(jié)電、高可靠性和高效率廣泛應(yīng)用于各行各樣的等電氣設(shè)備中,保證了使用的精度,降低了勞動強(qiáng)度,提高了經(jīng)濟(jì)效率,但也帶來了一些干擾問題。嚴(yán)重的干擾會對其控制電路造成損害,對微處理器失去控制等,導(dǎo)致設(shè)備和生產(chǎn)事故。因此,工程技術(shù)人員應(yīng)熟悉逆變器干擾的類型、原因及對策,以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

        具體案例說明:鉆井一公司項(xiàng)目一部鉆井隊的設(shè)備是于2012年8月份投產(chǎn)使用的,設(shè)備在某石油機(jī)械廠驗(yàn)收期間就發(fā)現(xiàn)CAT發(fā)電機(jī)組存在突然停機(jī)問題。同時,由于發(fā)生停機(jī)的時間不確定,發(fā)生頻率不高,停機(jī)后還能正常啟動,沒有任何異常顯示,停機(jī)問題一直沒能找到根本原因,后來經(jīng)多次處理都沒能徹底解決此項(xiàng)問題。

        隨著設(shè)備使用年限增加和電氣元件老化,CAT發(fā)電機(jī)組停機(jī)評論隨之增加。在正常生產(chǎn)時,井隊由于此問題造成多次頓鉆,溜鉆事故,對設(shè)備造成損壞的同時影響鉆井生產(chǎn)的順利進(jìn)行,加大了井下事故的發(fā)生頻率,嚴(yán)重威脅人身、設(shè)備、井下安全。

        1.鉆井隊變頻器遇到具體的故障

        鉆井隊在依深1井起井架前,變頻器速度反饋使用編碼器時,系統(tǒng)電流相對較小,就會出現(xiàn)CAT發(fā)電機(jī)組頻繁停機(jī)情況;如果速度反饋不適用編碼器,系統(tǒng)電流相對較大,停車頻率會有所減少,但絞車同步問題就得不到保證。另外,CAT發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時,發(fā)動機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)指示燈一直閃爍;停機(jī)前,儀表盤上指示進(jìn)氣阻力增大,轉(zhuǎn)速下降停機(jī)。

        2.干擾的原因分析

        2.1變頻器產(chǎn)生的干擾

        變頻器由主電路和控制電路兩部分組成。變頻器整流橋?qū)τ陔娋W(wǎng)來說是一種非線性負(fù)載(開關(guān)作用),在工作的時候產(chǎn)生的高次諧波,這些高次諧波會對同一電網(wǎng)的其他電器設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。控制回路是一個小的能量和微弱的信號環(huán),極易受到其他設(shè)備的干擾,導(dǎo)致逆變器本身和外圍設(shè)備無法正常工作。逆變器逆變器主要采用PWM技術(shù)。在實(shí)際工作時需要高速的切換工作模式,這樣就會產(chǎn)生大量的耦合噪聲。這些噪聲信號就會以各種方式進(jìn)行能量的傳播,形成逆變器本身和其他設(shè)備的干擾信號,這種干擾在實(shí)際的工程項(xiàng)目中經(jīng)常出現(xiàn)。

        2.2電網(wǎng)對變頻器的干擾

        電網(wǎng)的干擾主要是通過影響變頻器的電源來干擾變頻器。在實(shí)際工作中,電網(wǎng)中存在著很多諧波源,如各種整流設(shè)備、交流直流交換設(shè)備、電子調(diào)壓設(shè)備、非線性負(fù)載、照明設(shè)備等。這些負(fù)載容易導(dǎo)致電網(wǎng)中的波形和電壓失真,可能對電網(wǎng)中的其他設(shè)備造成有害干擾。在逆變器的電源被受污染的交流電網(wǎng)干擾后,如果未處理,電網(wǎng)噪聲會通過電網(wǎng)供電線路干擾逆變器。電源對逆變器的干擾源主要表現(xiàn)為如下幾種故障:過電壓、欠壓、瞬時功率損耗、大幅下降、峰值電壓脈、無線電頻率干擾等。其次,通過逆變器控制信號線的共模干擾也會干擾逆變器的正常工作。

        在上面的式子中: f表示的是電源頻率;p表示的是電機(jī)極對數(shù);s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率;n表示的為電機(jī)轉(zhuǎn)速,只要改變f,就可實(shí)現(xiàn)n的變化而達(dá)到無級調(diào)速的目的。當(dāng)電源網(wǎng)絡(luò)中有一個大容量的晶閘管在進(jìn)行整流工作時,因?yàn)榫чl管在進(jìn)行整流工作時,它的每一相位都會有一段時間處于打開狀態(tài),容易造成電壓的缺口,這時候的波形會嚴(yán)重失真。逆變器輸入端整流電路由于反向恢復(fù)電壓較大而損壞,最終導(dǎo)致輸入電路故障損壞。

        3. 變頻器故障分析

        通過現(xiàn)場情況分析,造成CAT發(fā)電機(jī)組頻繁停機(jī)的主要原因是變頻器的電磁兼容性不好,加之多年使用后,變頻器中的電氣元件存在不同程度的老化,所以變頻器在使用時產(chǎn)生大量高頻有害解波,這些有害諧波對CAT發(fā)電機(jī)組上的DC24V電源產(chǎn)生影響,同時干擾CAT發(fā)電機(jī)組上的發(fā)動機(jī)調(diào)速信號。另外,動力電纜和控制電纜在敷設(shè)時都在同一個電纜槽內(nèi),電磁感應(yīng)也會對控制系統(tǒng)產(chǎn)生一定干擾。

        4. 變頻調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾對策

        在工業(yè)領(lǐng)域,必須采取適當(dāng)?shù)拇胧p少干擾,并在允許的范圍內(nèi)抑制干擾。電磁干擾(EMI)的形成必須包含三個要素:電磁干擾源、電磁干擾路徑和對電磁干擾敏感的系統(tǒng)。相應(yīng)地,抗干擾有三種基本原則:一是從源頭入手,抑制和消除干擾源;二是切斷干擾對系統(tǒng)的傳播路徑;三是降低系統(tǒng)對干擾信號的靈敏度。

        在工程中,屏蔽、隔離、濾波、接地等通常用于抑制干擾。

        4.1屏蔽干擾源

        屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效途徑。通常情況下,逆變器本身由鐵殼屏蔽,輸出線由鋼管屏蔽,以避免電磁干擾的泄漏。同時,信號線盡可能短(一般在20米),和信號線屏蔽的雙核心,連接到主電路(AC380 V)和控制線(AC220 V)是完全分離的,和周圍的敏感電子設(shè)備線路也必須保護(hù),必須可靠的接地和屏蔽。

        4.2進(jìn)行濾波處理

        濾波是通過電源線對電源和電機(jī)的傳導(dǎo)干擾來抑制逆變器的干擾信號。濾波器是用于衰減高頻諧波分量。在逆變器的輸出端提供一個輸出濾波器,以減少其他因素對于電源的干擾。同時也可以在逆變器的輸入端可以設(shè)置一個輸入濾波器,以減少來自電網(wǎng)的干擾。

        圖1 微機(jī)控制板的電源抗干擾措施

        4.3設(shè)置公地線

        接地線是工程上最常見的抑制干擾傳播的方式。良好的接地能有效抑制外界干擾,同時也能夠減少設(shè)備本身的干擾。但是電機(jī)等強(qiáng)電氣控制系統(tǒng)的接地線必須進(jìn)行的可靠接地,同時微機(jī)控制板的屏蔽接地應(yīng)單獨(dú)接地,他們不可以公用地線。對于某些嚴(yán)重的干擾情況,建議將傳感器和I/O接口屏蔽連接到控制板的控制地面。

        4.4采取隔離措施

        隔離是指從電路中隔離干擾源和容易受到干擾的部分。通常,在電源和放大器電路之間的電源線上使用隔離變壓器,最常用的變壓器光耦隔離裝置,這樣可以將電信號隔離開來,可以最大程度地減少避免干擾。

        5. 結(jié)語

        通過此次設(shè)備改造,我們用較少的投入,有效解決了長期困擾鉆井隊的疑難問題,使設(shè)備可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),也避免了井下復(fù)雜事故的發(fā)生,更為人身安全、設(shè)備安全和技術(shù)安全提供了可靠保障。

        參考文獻(xiàn):

        [1]滿永奎等.通用變頻器及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社,2002年, 6(9):146 -150

        [2]劉宏鑫.在采用變頻器控制系統(tǒng)中接地問題的研究[ J].變頻器世界,2002,6(9):46 -50

        [3]張燕賓.變頻器調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐.機(jī)械工業(yè)出版社,2001年,7(8):42 -46

        [4]李良仁等.變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社,2004年

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