一起完美无谐波变频器的跳停故障分析及研究

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1 引言
作为世界上较畅销的中压交流变频器，西门子罗宾康完美无谐波变频器在全球总装机容量已经超过220万千瓦。

在中国，西门子罗宾康完美无谐波变频器广泛运用于全国各地的电力、石油及天然气、水处理、钢铁、水泥、矿业等各个行业，因此对该变频器故障的研究与交流更显得具有现实价值。

完美无谐波变频器是将频率和电压固定的电网电源变换为频率和电压可变的电源，实现稳定的电机调速功能。

该变换通过电子的方式完成，并未使用运动部件。

与老式变频器相比，该种变频器不再产生使用单位不想要的功率变换副产品，它不会将严重的谐波失真引入工厂的配电系统，不需要电源滤波器，不会对敏感设备产生干扰，也不会因为迟永功率因数电容器而出现谐振问题。

笔者于3月初赴滞留地某知名化工企业进行电气工程实习。

实习中恰遇该公司循环冷却水泵配套的西门子完美无谐波变频器故障，笔者同该公司工程师协作，对变频器容易发生的轻、重故障逐一分析，针对该故障现象重点对运行环境、DCR 控制箱的CPU 板、CPS 电源、CPS 电源的+5V 干扰信号等进行排查，并采取处置措施，修复后顺利投运已5个月，未再出现跳停及通信等故障。

2 故障分析与研究
为了便于生产和维修，完美元谐波高压变频器采用了功率单元模块化方式。

它是由熔断器、三相桥式整流器、直流滤波电容及IGBT 单相全桥逆变器组成的电压型功率单元。

正是因为属完全模块化的结构，优点是可在几分钟之内即更换损坏的模块，但不足就是机械机构减少，电子回路增加，设备出现的问题更加隐蔽，故障原因的查找更加困难。

该出现问题的变频器产品类型为西门子MFLB ，input ：10kV70A/ Output : 0-10KV 0-70 A 。

故障现象为：变频器在正常运行过程中面板报“变频器不通信”故障，变频器跳机。

仔细观察启动过程发现有“FATAL Startup fault ”信息。

工程师根据经验更换了IO 板一个和MB 板，但在更换时两个板子之间的10芯电缆安装出现插错位置，导致变频器不能启动。

排查后，将10芯电缆按正确位置纠正后系统可以启动，但变频器又出现了“霍尔电源故障”，影响变频器正常使用，工程师计划更换变频器。

针对该问题，自行着手对变频器进行了全面检查分析。

为分析变频器故障原因，技术人员下载了变频器后台数据，具体故障记录数据如下：
6/25/20 16:58:53 System started 系统启动6/25/20 16:58:53 Ver 5.3.2 9-2-15
一起完美无谐波变频器的跳停故障分析及研究
郭潇瑞
（西南大学电子信息工程学院 重庆市 400700）
6/25/20 16:58:53 Modulator board version: 3.06版本3.066/25/20 16:58:53 System I/O board version: 0212系统I/O 版本0212
6/25/20 16:58:53 Fault - Hall Effect Pwr Supply 霍尔电源故障
根据记录显示，变频器在启动过程中，同时报出了霍尼韦尔电源故障。

基于该故障，对可能产生该故障的各因素进行了分析。

变频器一般可分为重故障和轻故障。

轻故障发生时系统对轻故障不作记忆处理，仅有故障指示，故障消失后报警自动消除，运行中出现轻故障报警，系统不会停机，停机时出现轻故障报警，变频器可以继续启动运行。

重故障发生时，系统发出故障指示，故障指示灯常亮。

同时发出指令去分断高压、合闸禁止，并对故障信息、高压分断指令作记忆处理。

重故障状态不消除，故障指示、高压分断指令依然有效。

该出现问题的变频器在正常运行过程中面板报“变频器不通信”故障，启动过程发现有“FATAL Startup fault ”信息。

属于运行中报“变频器不通信”故障，且跳机后正常启动，可视为轻故障；工程师根据经验更换了IO 板一个和MB 板，但在更换时两个板子之间的10芯电缆安装出现插错位置，导致变频器不能启动，演变为重故障。

因此从轻故障方面着手排查，从重故障方面着手修复。

2.1 运行环境分析
无谐波变频器在运行过程中，环境影响较大，腐蚀性气体和导电颗粒都有可能造成变频器IGBT 模块等电子元器件的腐蚀、损坏，接地情况不好会造成变频器干扰。

因此在故障查找过程中先从环境因素入手。

变频器应该布置在防雨、少尘、无腐蚀性气体的干净清洁环境，放置地面平整。

接地线和接地网可靠连接，接地线径至少为50mm 2，阻值不小于4Ω。

变频器运行室温0℃—40℃，空气相对湿度<95%。

该公司变频器室环境情况如表1所示。

经排查，室内环境方面，变频器室密封基本正常，变频器属单点接地，接地电阻1Ω，室温正常，湿度在范围之内；室外环境方面，变频器室紧邻动力岛烟气脱硫装置区，烟气中的硫分被转化，副产摘　要：本文通过对某企业的一台循环冷却水泵配套的西门子完美无谐波变频器跳停，变频器控制面板报不通信故障进行分析，仔细观察启动过程发现有“FATAL Startup fault”，通过更换IO 板一个和MB 板，系统可以启动，但出现“霍尔电源故障”，影响变频器正常使用。

笔者经修复重新投用效果较好。

关键词：完美无谐波变频器；“FATAL Startup fault”；“霍尔电源故障”表1
房间类型
全封闭是否有导电灰尘是是否有腐蚀性气体是是否靠近水边否变频器是否单点接地
是房间面积100m 2房间温度变压器柜：25℃
单元柜： 25℃
房间湿度
48%
滤网前风速m/s
2.3m/s
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硫酸铵产品，有少量水洗后酸性废气对空无组织排放，即周围存在腐蚀性气体及微量粉尘颗粒。

2.2 变频器显示故障分析2.2.1 “变频器不通信”故障分析
根据变频器运行原理及产品说明书，对于变频器出现故障“变频器不通信”，确定其原因在于以下三点：
（1）DCR 控制箱的CPU 板没有启动；（2）CPU 板没有与调制板或IO 板建立起通信；（3）DCR 的 CPS 电源存在问题。

鉴于变频器可以启动，但是出现“fatal startup fault ”。

可判断
DCR 控制箱的CPU 板已经启动、DCR 的 CPS 电源运行正常。

说明故障出现在与调制板或IO 板的通信方面上。

2.2.2 报“霍尔电源故障”分析
对于报“霍尔电源故障”，此故障是SCB 板接入的+15V 电源和-15V 电源通过SCB 上的分压网络（如图1所示），生成8.6V
的检测电压信号，此信号通过IO 板和SCB 板之间的37芯电缆传入到IO 板，通过图2所示的检测回路检查是否存在输入电压偏低的问题，此回路中运放供电为+12V 和-12V 供电，所以这两组电源与霍尔电源故障也有关系。

经检测发现，-12V 电源没有输出是造成此故障的主要原因，-12V 电源主要是由变频器CPS 供电，更换新的CPS 电源后-12V 电源正常输出。

综合前期也曾出现“变频器不通信”故障，工程师对控制CPU 板件通过变频器自身的FPGA 程序自测，自测发现CPU 运行正常，基本排除了CPS 和CPU 出现问题的可能性。

所以怀疑
此现场的电源存在干扰，并对此进行验证。

对CPS 电源的+5V 进行了检测，发现电源确实存在较大的干扰信号，如图3所示，低值电压仅为3.5V ，无法保证正常工作需要。

此干扰当变频器处于待机状态（输出高压电缆无电流情况下，输入电缆只有很小电流）时会消失。

2.3 变频器故障处置
经过此验证后，基本可判定系供电的+5伏电源存在干扰信号导致，重新对现场的布线和接地情况进行检查，发现存在几点问题：2.3.1 存在几点问题
（1）两端屏蔽层接地不严谨：高压电缆和控制电缆都是两端屏蔽层接地，此做法当两端非同一接地时会造成屏蔽层失去屏蔽作用。

该接地方式存在问题，极易对电源造成干扰。

（2）接地做法存在瑕疵：接地的做法为在房间室内四个角落分别将接地钢管砸入地下，并连接形成方形，最后连接到变频器。

变频器室建设在回填土区域，如果回填土与原土层中间有其他物质（如水泥、混凝土）则无法保证与土壤的有效接触。

（3）同时，变频器周围为动力岛的脱硫、脱销区域、并且该区域的灰库易出现漏点，经常有此工人在从事焊接施工，无法保证烟尘及腐蚀性气体不进入房间内。

2.3.2 变频器故障处置
（1）对屏蔽层接地不严谨进行了改进，改成了变频器侧的电源线及信号线单端接地，测试结果显示：CPS 电源的+5V 电源干扰信号较大幅度减少，将变频器电源及信号线的接地方式改为单端接地过后，供电电压基本恢复正常；又对接地钢管无法到原土进行处置，重新开挖到非回填土区域，加长了接地钢管，重新测试，CPS 电源的+5V 电源干扰信号基本消失，连续测试低值电压，最低也达到4.68V （如图4所示），证明措施有效。

（2）现场人员用气体探测仪在变频器室内监测腐蚀性气体，可能受监测仪表精度限制，未测到腐蚀性气体。

但是，公司技术人员拆解变频器IGBT
模块，对模块内的焊接端子附着物取样、送检。

经检验发现，
IGBT
模块附着物成分含硫，并有微量不明物质，焊
点铜已经出现略微的腐蚀现象。

图1：霍尔电源SCB 上的检测回路
图2：霍尔电源IO 板上的检测回路
图3：供电的+5V 电源存在干扰信号
图4：改为单端接地后供电的+5V 电源正常
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3 改进措施
（1）该变频配电室的接地虽然已经改善，将屏蔽层改为单端接地，变频器接地钢管由回填土上深挖到原土接地，但是还不是较理想的方式，仅仅对接地钢管深挖到原土。

有机会应当在原土层重新设立接地网，做到可靠接地。

（2）变频器室地面为素地面，未铺设防静电地板，地面仅有少部分绝缘皮。

需要将地面铺满绝缘皮或采用地砖或地坪形式，避免室内产生灰尘，此改善有助于避免单元的触电故障。

（3）改变进门处或设置多道门阻值金属粉尘及腐蚀性气体进入，此改善有助于避免单元的故障。

为此在变频器室门口增加帘子，并将房门加装密封条，时刻必须处于紧闭状态。

对电缆进户口用胶泥可靠封堵，对变频器室内的空调孔进行可靠封堵。

原变频器室墙上有一个排水风扇，现将排风扇拆除，将排风扇口彻底用砖砌实，空调内循环运行，彻底隔绝变频器室与外界的空气流通。

以上措施有效杜绝了腐蚀性含尘气体进入变频室，可保证了室内清洁。

4 分析结论
（1）电气工程故障是运行管理工作中不可避免的，电气工程技术人员处置必须要有扎实的专业技术知识，还要有认真负责的工作态度。

而本次变频器轻故障处置中，因作业人的技术能力不足，工作失误，造成变频器10芯电缆插错位置，演变成为重故障，虽然不排除此电源被更换时就为有问题，但错接是-12V 电源的损坏最大可能。

（2）电气施工安装中，严格按照施工图纸施工，“三查四定”
阶段要严谨细致，才能避免或减少运行故障的发生。

经查，高压电缆和控制电缆都是按两端屏蔽层接地设计，但是屏蔽层接地中两端接地施工中，工人作业不严谨，接地混接或错接较普遍；“三查四定”中对接地网未能铺设在原土区域，无法判定辨识，导致变频器电源及控制电源易收到信号干扰，这是造成电源质量下降并引起IO 板或MB 板损坏为“变频器不通信”最大可能原因。

（3）完美无谐波变频器虽然减少了对外界电网的谐波干扰，但因电子元器件较多，模块化设计，其本身对运行环境的要求也相应提高，变频器运行中对于外界的干扰更加敏感。

为此应在设计时更要对周围的环境进行考虑，远离腐蚀性气体和有金属颗粒的区域等；在施工阶段注重细节管控，做到可靠安装；同时，严格按照变频器的运行要求进行变频器运行、维护。

参考文献
[1]刘美玲,蔡大华主编.电子技术基础[M].清华大学出版社,
2012.
[2]西门子网站.中压交流完美变频器罗宾康完美无谐波产品用户
手册.
[3]李建.变频器故障分析及处理[J].机电信息,2019.作者简介
郭潇瑞，西南大学电子信息工程学院本科。

研究方向为电子信息工程。

城市公共交通IC 卡的广泛应用，为方便百姓出行提供了安全、高效的支付方式，并以此作为城市公共服务的技术支持平台，提供多种信息和资源的共享，为加强政府公共服务职能起到了积极的推动作用。

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1 容错控制方法总体设计
本方法的目的是基于离线电子钱包交易造成的电子钱包与系统账户之间的差异，设计一种对离线电子钱包的异常进行双向容错控
一种离线电子钱包交易的双向容错控制方法
杨平平
（南京通联信息科技有限公司 江苏省南京市 210032）
制的方法，基于该方法可以识别判断当前电子钱包交易是否跳变，从而解决因交易数据滞后上传或丢失引起的结算差异等一系列问题，为实现离线电子钱包的交易准确性打下坚实基础。

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步骤一：如果卡片交易序列号跳变，说明电子钱包交易丢失，需要进行交易恢复控制。

步骤二：针对离线电子钱包交易，使用终端交易序列号跳变分析方法，判断离线电子钱包交易是否滞后上传或丢失。

本方法，是基于离线电子钱包交易进行设计，交易字段里面设计了卡交易序列号、终端交易序列号两个字段，通过卡片交易序列号与终端交易序列号进行双向容错控制，卡片交易序列号监测到卡片交易序列号跳变后，基于交易恢复金额进行电子钱包账户平账与电子钱包交易进行恢复处理；终端交易序列号跳变处理模块主动监测终端交易序列号的连续性，如发现终端交易序列号序号不连续，形成交易补采文件下发到指定的终端，终端根据补采文件生成交易补采文件上传，离线电子钱包交易系统获取到交易补采文件后，进
摘　要：本文提供了一种离线电子钱包消费的双向容错控制方法，通过卡片交易序列号、终端交易序列号进行双向控制，解决了卡片电子钱包与系统电子钱包账户不一致的问题，从而提高了离线电子钱包交易的准确性。

关键词：离线；电子钱包；双向容错控制。