浅谈水文缆道控制系统中变频器的安装调试方法

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(四川省甘孜水文水资源勘测局，四川 甘孜，626000)

1 概述

近年来，很多水文站在水文缆道上采用了新技术，特别是在电子技术应用上有了很大的发展，创造了用途和性能不同的各种新仪器及新装置。水文缆道是水文测站进行测流、取沙等的一项重要技术装备。由主索、循回绳、起重绳、支柱、拉线、地锚、转向滑轮、悬吊铅鱼、驱动绞车、信号仪表装置、防雷设施等组合构成。

水文缆道绞车是水文站用缆道进行水文测验时室内的主要机械设备。驱动水文缆道绞车的动力类型主要有人力、柴油机、电动机三种。电动绞车适用性大，只要适宜增加电动机功率，增加绞车机械主件的强度，可以适用于各级河流。

电动绞车在没有调速设备时，由于突然起动和停车，使主索产生振动，引起铅鱼和仪器对水流的扰动，影响测验精度。同时对水深测量和施放相对水深也带来难度。如果利用调速装置，使水文绞车起动、运转和停车时的速度可控，就可以大大改善不利因素。随着科技的进步，变频器调速装置在电动绞车调速中得到广泛应用，为提高水文测报的精度提供了保障。无论早期的KC-1型还是最新研制开发的ELD-3B型缆道动力拖动系统，其核心部件都是变频器。因此，实际应用中，对于新安装的变频器或更换的变频器，在使用之前必须对其进行一系列的调试才能投入运行。本文重点对变频器的安装调试方法和运行注意事项进行介绍。

2 调试前的注意事项

2.1 掌握和熟悉面板操作键

变频器都有操作面板，品牌不同，操作面板结构有所不同，但其功能大同小异。一般变频器操作面板由四位LED数码显示器、发光二极管指示灯及操作按键组成。

普通型操作按键有：运行键(RUN)、停止/复位键(STOP/RESET)、编程键(PRG)、退出键(ESC)、多功能键/点动键(M)、移位键(﹥﹥)、正转/反转键(FWD/REV)和一个电位器调节旋钮组成。在开始调试前安装人员首先要结合操作手册，掌握和熟悉变频器操作面板各功能键的作用。

2.2 变频器调试

调试前首先要认真阅读产品技术手册，对照技术手册，检查变频器的输入、输出端是否符合技术手册要求，检查接线是否正确和紧固，输入、输出线绝对不能接错。屏蔽线是否按照技术手册规定正确连接。

3 通电检查与调试

变频器在通电前，一定要在检查无误的基础上，确认变频器可以通电时才能上电。上电后检查和调试的内容、步骤如下。

3.1 接电源空载试运行

接入三相交流电源后，先按点动键(M)试运行，再按运行键(RUN)运行变频器到50Hz，用万用表测量变频器的三相输出(U/T1、V/T2、W/T3)电压应平衡。然后按停止键(STOP/RESET)待频率降到0Hz时，再接上负载，三相异步电动机。

三相异步电动机的检查：接线柱是否接好，有无松动现象。再测量三相阻值基本一致，如果某相阻抗过大，检查接线柱是否锈蚀，接触电阻增大所致。绝对不能空载调试，否则频率显示闪烁，变频器无输出。甘孜水文站就是个例子：由于二楼到底楼下线过多，没颜色区分，又没有作标记，导致变频器输出线至电机连线接错空载，安装调试走了很多弯路。

3.2 带负载试运行

设置电机的极数、额定功率、额定转速、额定电流，综合考虑变频器的工作电流。

选择参数自整定功能的执行方式：静止参数自整定，在电机不能脱开负载的情况下进行参数自整定；旋转参数自整定，在电机可脱开负载的情况下进行参数自整定(启动参数自整定时，请确保电机处于静止状态，自整定过程中若出现过流过压故障，可适当延长加减速时间)；设定变频器的上限输出频率、下限输出频率、基频、设置转矩特性；将变频器设置为自带的键盘操作模式，按手动键、运行键、停止键，观察电机转向是否正确，是否能正常地启动、停止；熟悉变频器发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，必要时可以进行修改。

4 系统调试

(1)手动操作变频器面板的运行、停止键，观察电机运行、停止过程以及变频器的显示窗口，看是否有异常现象。如果有异常现象，应相应改变预定参数后再运行。

(2)如果启动、停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。电机在加、减速时的加速度取决于加速转矩，由于变频器在启动、制动过程中的频率变化率是由用户设定的。若电机转动惯量或电机负载变化，按预先设定的频率变化率升速或减速时，有可能出现加速转矩不匹配，从而造成电机失速，即电机转速与变频器输出频率不协调，从而造成过电流或过电压。因此，需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间，使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。

检查此项设定是否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定，若在启动过程中出现过流，则可适当延长加速时间；若在制动过程中出现过流，则适当延长减速时间。另一方面，加、减速时间不宜设定太长，时间太长将影响生产效率，特别是要求频繁启动、制动的场合。水文缆道的运行条件就是要求频繁启动、制动，所以参数和设定极为重要。

(3)如果变频器在限定的时间内仍然保护，应改变启动/停止的运行曲线，从直线改为S形、反U形线。电机负载惯性较大时，应采用更长的启动/停止时间，并根据其负载特性设置运行曲线类型。

(4)如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增大电流限定的保护值，但不能取消保护，应留有至少5%～10%的保护余量，此功能对速度或负载急剧变化的场合尤其适用。

(5)如果变频器带动电机在启动过程中达不到预设速度，可能有两种情况：首先系统发生机电共振，可以从电机运转的声音进行判断。采用设置频率跳跃值的方法，可以避开共振点。一般变频器能设定三级跳跃点。v/f控制的变频器驱动异步电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现电流保护使得电机不能正常启动。这在电机轻载或转动惯量较小时更为严重。普通变频器均备有频率跨跳功能，用户可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跨跳点及跨跳宽度。当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。其次电机的转矩输出能力选择，由于不同品牌的变频器出厂参数设置不同，在相同的负载条件下，带载能力也有所不同；也可能因变频器控制方法不同，造成电机的带载能力不同；或因系统的输出效率不同，造成带载能力会有所差异。对于这些情况，可以增大转矩提升值。如果达不到，可用手动转矩提升功能(但不要设定过大，导致电机的温升增加)，如果仍然不行，应改用新的控制方法，比如采用v/f比值恒定的方法。启动达不到要求时，可改用无速度传感器矢量控制方法，此时电机具有更大的转矩输出能力。

(6)变频器功率选取：一般为负载电机最大功率的2倍以上，否则常出现自动保护停机现象。炉霍望果水文站，3kW变频器带动3kW电动机，当变频器输出频率超过5Hz时，变频器立即保护无输出。后将变频器由3kW换成同型号7.5kW时，运行至今再没有出现过无输出自动保护停机现象。

(7)变频器LED显示运行参数与停机参数不止一个参数，而是有多个参数。如果需要显示某个设定参数，则可在停机或运行中按移位键寻找需要显示的参数。水文站主要显示：频率、正、反转等。

5 变频器的运行

变频器是精密的电力电子设备，为了确保其安全可靠地运行，在使用过程中需注意以下事项：

(1)为防止引发电器接触不良，变频器安装的场所应远离振动源和冲击源，并使用减振橡胶垫固定在控制柜内，不能与柜内电磁开关之类易产生振动的元器件太近；

(2)变频器的工作温度应控制在40℃以下，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元器件紧靠变频器的底部安装；

(3)变频器只能正面立装，下方进、出线，绝对不能平装；

(4)变频器在工作时会产生很多干扰电磁波，对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内的仪表和电子系统，应选用金属外壳屏蔽，元器件应可靠接地。除此之外，变频器控制线与电源线应分开布线，切忌将各类导线捆成一束走线。各电器元件、仪器及仪表之间的走线应选用屏蔽控制电缆。如果处理不好，电磁干扰会使整个系统无法工作，乡城洞松水文站就是案例；

(5)变频器到电动机的连线应小于100m，否则电缆产生电容过大，容易导致变频器的功率开关瞬间产生过大的尖峰电流，损坏功率逆变模块。新龙水文站就出现过连线过长损坏变频器的案例；

(6)变频器正确接地是提高控制系统灵敏度，抑制噪声的重要手段，变频器接地端接地电阻越小越好。接地导线截面积应不小于2.5mm2，长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地分开，不能共地，信号输入线的屏蔽层，应接至E上。变频器与控制柜之间的接地应连通，如果实际安装有困难，可用铜芯导线跨接；

(7)在变频器中，设有电源保护器等雷电吸收网络，但在实际工作中，特别是电源线架空引入的情况下，进线处装设变频器专用避雷器，或按规范要求在离变频器20m的远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源由电缆引入，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备；

(8)电位器是一种可调电器元件，由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。变频调速中使用的电位器均是手柄转动式调速。一般用1W-10W/2.2kΩ-47kΩ电位器进行调节。电位器用久了或质量不好，会产生很多故障，影响变频器正常运行。在电位器给定频率的变频调速中，电位器是最容易出故障的元件。

在变频器运行时，始终为0Hz电机不转动，调节电位器无效。碰到这种情况，应观察变频器控制面板上的LED指示灯“RUN/TUNE”和“LOCAL/REMOT”工作情况。“RUN/TUNE”是运行状态指示灯，灯亮表示运行，灯熄表示停机。“LOCAL/REMOT”是控制模式指示灯，灯亮表示端子板控制运行信号到，灯熄表示停机，灯闪烁表示参数自学习。当观察到两指示灯处于亮时，可以判断变频器已经收到了外部给予的开机信号。变频器没有输出，电机不运转，是因为变频器还没有收到给予的频率信号，所以没有输出。此时更换电位器即可排除故障。

6 建议

由于科技进步和水文形势发展很快，各地创制的新仪器、新装备种类很多，建议省水文水资源勘测局组建水文仪器设备“应用科学”交流平台，实现“共研共创，资源共享，精益求精，做到经济人才效益最大化”与时俱进，推动水文事业迅猛发展。