DriveWindows在中压传动系统的故障分析与诊断

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滤波能力，并且其计算数据还可用于电压幅值测量，因而具有较好的实用性。

实现中针对电压信号中谐波分量对测频精度的影响，设计了数字带通滤波器，对实时采集电压信号进行数字滤波处理以减小谐波成分，进而提高了测频精度。采用全周傅氏变换计算输入信号的实部和虚部，计算相邻N点的相角，计算相角的过程中为采用查表加线性插值方法来提高角度计算速度和精度。仿真试验表明算法实现相对简单、准确，对谐波有较好的抑制能力，适合于电力系统继电保护和测量的要求。

3.2 软件测量相角

采用傅立叶变换计算相位差的方法，从输入信号中抽取基波分量，求出基波分量的虚部和实部，再利用其比值的反正切求出相位角。设断路器一侧为系统电压Ua，其基波频率为fa。假定装置采样频率为基频的N倍，即Nfa，取时间窗为一个基波周期T(T=1/fa)，对Ua进行傅立叶变换，计算出基波的实部和虚部分别为Uar=Ucosθ，Uai=Usinθ。由此得电压ua的基波相位角θ=arctg(Uai/

U ar)，同理计算另一侧相位角，进而求出两侧电压的相位差。

3.3 并网过程中两侧频率值相差较大时如何保证两侧频率、角度的计算精度

在软件测频的计算中假定采样频率是信号频率的整数倍，否则计算出的频率存在采样不同步误差，势必影响频率和相位差计算准确度，因此必须进行频率跟踪采样。但

是，同期点两侧存在着不同步的两个电压信号，而同期装置一般只有一个采样频率，若装置只能对其中一个信号进行频率跟踪采样。这样当断路器两侧电压的频差较大时，频率差的计算误差也较大。开发过程中曾采用多种修正方法，但效果不是特别理想。从根本上解决此问题，保证软件计算频率差和相角差的准确性，最有效的解决方法便是对两侧信号分别进行频率跟踪采样。

3.4 保证两侧采样的适时性

两侧电压信号采样时刻的准确性是保证频率和相角计算精度关键，因此将“采样中断优先级”在CPU优先级的分配中设定为最高，它可打断任何正在执行的其它“中断”和“任务”。但是同一时刻CPU只能处理一侧采样，此时如果另一侧也有采样要求则只能等待，必然会影响另一侧采样的适时性，等待时间过

长则必然影响另一侧的电压有效值、软件测频、相角等各项计算结果。因此必须尽可能的减少两侧采样中断用时从而缩短采样中断的等待时间，为此采样中断再执行完采样后立即退出，以后的电压有效值等各种计算放在随后启动的“任务”中进行。经以上措施后两侧频率和相位计算误差达到精度要求。

3.5 依据硬件测量频率、相角计算导前时间还是依据软件测量频率、相角计算导前时间控制合闸的判别

装置不断监视两侧电压信号的干扰，在噪声和谐波较小情况下，采用硬件测量频

率、相角差计算导前时间，控制发出合闸脉冲；当噪声和谐波超过一定强度，装置自动采用软件测量频率、相角差计算导前时间控制合闸。具体完成程序流程如图1所示。

4.结论

本文针对目前准同期普遍存在的测频不足，利用全周富氏滤波算法解决了测频不准问题，同时已经应用现场运行，取得比较好的效果，具有较高的使用价值。

参考文献

[1]SachdevM S,GirayM M.A least error squares technique for determ ining power system frequency.IEEE Trans on PA S,1985,104(2).

[2]Phadk A G et al.A new measurement technique for tracking voltage phase,local system frequency,and rate of change of frequency.IEEE Trans on PA S,1983,102(5).[3]Benmouyal G.An adaptive sampling2interval generator for digital relaying.IEEE Trans on PWRD,1989,4(3).[4]Girgis A A et al.Adaptive estimation of power system frequency deviation and its rate of change for calculating sudden power system.

作者简介：林恩民（1965—），男，黑龙江阿城人，大学本科，毕业于长沙铁道学院电子工程系，毕业后，一直在阿城继电器有限公司从事继电保护产品设计工作，2006年荣获黑龙江省人民政府颁发的科学技术进步三等奖；2006年荣获哈尔滨电站设备集团公司颁发的科学进步一等奖；2011年荣获哈尔滨电气集团公司颁发的科学技术进步二等奖。

DriveWindows在中压传动系统的故障分析与诊断上的应用

山钢股份有限公司济南分公司检修工程公司 宋立强

【摘要】ACS6000中压变频传动系统在轧钢的主传动系统中应用日益增多，通过DriveWindows软件对传动系统进行监视和调试。本文介绍了DriveWindows的基本使用，重点阐述了DriveWindows在现场故障分析与诊断上的实际应用。实践表明，使用DriveWindows，能大大提升工程技术人员分析、解决问题的效率，使传动系统得以有效安全的运行，具有较大的实用价值。

【关键词】ASC6000；DriveWindows；中压传动系统；故障分析；故障诊断

1.引言

ACS6000SD(Advant Control System 6000 Synchronous Drive)是ABB公司推出的大功率同步电动机所使用的中压传动无级调速系统(简称中压传动系统)，适用于3MW～27MW的同步电动机和异步电动机的速度和转矩控制，它支持在同一个直流母线上带多个整流单元和逆变单元，能拖动多个机械设备。在冶金、矿山等大功率高性能行业有着不俗的应用业绩，本厂在技术改造中，采用ACS6000SD中压传动系统作为拖动穿孔机的两台4000KW同步电机变频调速装置，利用DriveWindows软件的强大工具，对ACS6000传动系统进行参数和信号监控设置，故障记录及趋势曲线分析，实时了解ACS6000传动系统的运行状态。

对于ACS6000SD变频系统的故障诊断、排查和调试是一项非常严谨细致的工作，步骤繁多。利用DriveWindows工具进行故障分析与诊断，能快速有效地解决问题，提高生产效率。本文结合DriveWindows的使用经验，总结和提炼了一套解决故障的方法和技术，在实际中发挥了很大的作用，给厂里带来了效益，同时也给同行类似问题的解决提供了参考。

2.DriveWindows概述2.1 硬件构成

DriveWindows系统的硬件配置一般为：NDPA-02 PCMCIA卡(PCMCIA插槽或带PCI/PCMCIA适配器的PCI插槽)；DDCS光纤；带Windows NT，Windows 2000或Windows XP 操作系统的PC机或笔记本电脑。

根据软件对电控系统的安全、功能、工艺上的需求，本厂的硬件主要采用ABB工控相关器件，具体如下：研华PC机一台、AMC34处理器三台(一个ARU整流，两个INU逆变)、DDCS光纤、NDPA-02 PCMCIA卡(PCMCIA 适配器的PCMCIA插槽)。

要实现PC机或笔记本电脑中Drive-Windows软件与ACS6000传动系统的通讯，先将带有ABB公司授权的NDPA-02 PCMCIA卡插入PC机的PCMCIA插槽中，根据DDCS网络拓扑协议，PC机通过DDCS光纤与ACS6000的主控柜COU柜的光纤分配器的分配口连接到3个的电机主控板(AMC34)进行通讯。这样就可以通过PC机对ACS6000传动系统系统进行监控了。

2.2 软件功能

DriveWindows是一款易于使用的32位的装备光纤通讯windows应用软件。它提供了多种调试和监视ABB产品的功能。所有的功能可通过DriveWindows窗口区域进行显示与操作。窗口区域图被水平和垂直分割成以下四块，从左到右、从上到下依次为浏览目录板块、趋势曲线设置板块、项目列表板块和趋势曲线显示板块，如图1所示。

其主要包括以下内容：控制操作(起动、

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停止、参考等)；以数字形式或图像形式监控信号；参数(改变设定值)；数据记录器(控制、显示)；故障记录器(显示故障、控制)；备份保存(全套软件备份)；网络的所有功能(控制、监控等)。

2.3 系统连接

常见的连接方式有以下三种：

(1)直接连接：将PC机和ACS6000连接起来(最常用的方式)。

(2)通过分配器连接，DriveWindows链(组合式驱动)，在链环中的每个传动都通过参数70.02设定一个独立的地址。

(3)环连接，即所有驱动可以在一个环

中连接。在链环中的每个传动都通过参数

图1 DriveWindows窗口图

图2 ARU单元的参数和信号监控设置

图3 INU单元的参数和信号监控设置

图4 故障记录表

图5 电机编码器损坏故障时的历史曲线

图6 电机过流时的历史曲线

70.02设定一个地址。而且需要注意，链环中的所有传动都需要连续供电，否则会损坏。

本厂采用分配器连接，使用的是NDBU-95来进行连接。

3.现场应用

通过DriveWindows软件可以对主传动系统ACS6000进行参数和信号监控设置、故障记录及趋势曲线分析等操作。

3.1 参数和信号监控设置

根据本厂穿孔机主传动控制的设计需要，在DriveWindows浏览目录面板中，有逆变单元(INU)和有源整流单元(ARU)两个参数单元可供选择。当选中一个参数单元时，属于这个参数单元Parameters的信号以及参数，都将存窗口区域右上角的项目列表面板中显示。此时就可以观察和更改每个参数单元或是一个公开的参数文件中的项目值，对其中的参数和信号进行在线或离线状态下检查、学习和修改。参数和信号监控设置如图2、3所示。

在图2、3中的项目列表面板中可以看出电机电流、电机转速、电机转矩和整流过的直流电压的实时数值分别为628A、-480rpm、-62.8nm、4835.24V。NP VOLTAGE 反映的是直流中性点电压为-7.23V。

当有时ACS6000出现问题来不及解决又因现场需要必须动车时，工程技术人员可以修改某些参数暂时将问题屏蔽。如当编码器出现软故障时，可以适当的增加它的故障跳电检测的范围百分比及故障跳电检测检测时间使提升机继续运行。

3.2 故障记录

当传动系统出现故障时。能够很容易在项目列表板块中找到相应的故障。故障记录表如图4所示。

从图4中可以看出，在同一时间发出的故障为ARU Alarm/Fault，因此，故障点一定在ARU中。另外，系统运行中也有一些常见的故障，如NTAC Missing，发现此故障时，可以检查NTAC板的供电电源是否正常，还可以检查NTAC板是否出现故障，以及NTAC 板的通讯是否正常。

有时，还会出现Undervoltage故障，这时应用万用表测量从同步变压器二次侧来的电压是否正常，如果此电压出现异常，则会出现此类报警，应检查同步变压器二次侧快熔是否正常，变压器本体是否正常，以及同步变压器一次侧电压是否真的偏低。

在现场中经常发现：

(1)可能一个故障的发生带动相关设备或信号参数发生假故障动作，系统会报出一连串故障信息及警告。技术人员可以通过故障发生时间的先后顺序及故障类型判断出源故障，方便对症下药，尽快解决问题。

(2)通过对比故障发生的时间，找出第一个故障信息，而某一个故障信息，几个地方都有可能引起这个故障，这时候就需要逐个来排除故障。

3.3 历史趋势曲线

历史曲线用于数字信号和模拟信号的图形监视，有助于值班人员和下程技术人员更加深入的分析系统中每个参数变量的运行状态。系统各个参数的监控器在PC机上运行来采集数据每个线性点。DriveWindows通过反复读取驱动器上被监控的项目完成采集。当监控运行时，监控显示面板实时地绘制值将计时分类测量值。从而快速而准确的跟踪各种事件。

通过对曲线趋势图的分析，有利于更加深入的了解提升机的运行状态，大大提高了在现场中分析问题、解决问题的效率。以下是实际现场几种常见故障的诊断方法。

(1)电机编码器损坏故障

某次电机编码器发生损坏时，记录的历史曲线如图5所示。

从上面的曲线可以看出，两台同样运行的电机，速度、电流、转矩均不一样，其中一台电机的速度、电流、转矩非常不稳定，无论是在空载运行下，还是在带载运行下，速度、电流、转矩的波动都非常大，说明从电机反馈的速度不稳定，造成电流和转矩的不稳定。分析原因，应该为电机的编码器损坏造成。后来更换了编码器，系统运行正常。

(2)电机运行时过流故障

某次电机过流时，记录的历史曲线如图6所示。

电机在正常运行时，突然出现大电流，然后过流跳电。该电流值非常大甚至已经是整流部分跳电，后更换部分电路板，发现为电流检测的接口板出现故障，导致此故障的发生。

4.结论

利用DriveWindows软件对主传动ACS-6000传动系统和ACS800辅传动系统进行监视和调试后，系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高。减少了运行故障和停工，同时，大大提升了工程技术人员分析解决问题的效率。

在ACS6000SD系统的调试与运行中，本文通过实践积累了一定的故障处理经验，非常具有实用性，为快速排除故障，提高系统的无故障运行时间，为厂里创造了可观的经济效益。

参考文献

[1]ACS 6000 Medium Voltage Drives User’s Manual,ABB Switzerland Ltd.2009.

[2]咸庆信.变频器电路维修与故障实例分析[M].北京:机械工业出版社,2010.

[3]李建湘.基于IGCT技术的ACS6000SD中压传动系统[J].天津冶金,2005.

[4]吴凤英.ABB中压传动系统在钢管轧制中的应用[J].电气传动,2008.