CN112924797A - 一种用于高压变频系统的故障定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高压变频器系统的故障定位方法及系统，涉及高频变频故障检测技术领域，包括以下步骤，检测高压变频器是否处于故障状态，当检测到变频器处于故障状态时，变频器的主控单元通过串行通信将数据逐一发送至变频器的三相功率单元，并通过所述三相功率单元设置的故障定位模块来判断高压变频器内相应三相功率单元是否发生故障，并定位故障源，在其对应的定位系统中设置功率单元状态实时更新功能、功率单元波形异常监测功能以及通讯故障定位功能，使变频器故障的第一故障点能够准确定位和显示，从而在实际使用中能够快速更换故障部件，重新投入变频器，进而提高高压变频器的可靠性。

Description

一种用于高压变频系统的故障定位方法及系统

技术领域

本发明涉及高频变频故障检测技术领域，具体涉及一种用于高压变频器系统的故障定位方法及系统。

背景技术

高压变频器在现成运行中，由于受到运行环境的影响或者运行工况的突变，有时会发生输出过流，单元过压，通信故障等问题，而在实际中发现往往报出的故障定位并不是真正有问题的部件的直接故障，使得技术人员在对变频器进行故障排查时造成不便。具体故障可分为以下几个方面：

1)波形异常导致其他单元过压或输出过流；

2)充电失败无法判断准确原因；

3)通信故障定位不准确。

其中，经发明人研究发现，最常见的是某个单元波形异常导致整机输出波形紊乱，引起其他功率单元报过压故障或者整机报输出过流故障。由于本身单元没有触发故障报警，所以有故障的单元反而没有故障报警，产生了大量的故障定位不准问题。还有一种情况是主控与单元的通信故障问题。在单元或主控出现通信问题后，由于是串行通信，所以在判断通信故障点时，容易导致混乱，这也是串行通信引发故障定位不准的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种用于高压变频器系统的故障定位方法及系统，故障定位功能通过增加功率单元状态实时更新功能、功率单元波形异常监测功能以及通讯故障定位功能，使变频器故障的第一故障点能够准确定位和显示，从而在实际使用中能够快速更换故障部件，重新投入变频器，进而提高高压变频器的可靠性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于高压变频器系统的故障定位方法，包括以下步骤：

检测高压变频器是否处于故障状态，

当检测到变频器处于故障状态时，变频器的主控单元通过串行通信将数据逐一发送至变频器的三相功率单元，并通过所述三相功率单元设置的故障定位模块来判断高压变频器内相应三相功率单元是否发生故障，并定位故障源。

在本方案中，高压变频器获得各种单元的实时状态，当发生单元故障时，可以准确定位到具体单元的具体故障，在光纤正常连接时，上级单元会将其单元信息传递给下级单元，下级则会保留上级单元的状态并附上其单元状态依次往下传递，直至返回主控。主控则将收集到的信息处理，并实现对故障源的定位。

进一步地，所述三相功率单元包括依次连接的A相功率单元、B相功率单元和C相功率单元，所述主控单元连接A相功率单元和C相功率单元；

其中，定位故障源的步骤包括：若所述三相功率单元未发生故障，但高压变频器仍处于故障状态，则判断主控单元、A相功率单元、B相功率单元和C相功率单元之间的连接故障，若主控单元与A相功率单元发生连接故障，所述A相功率单元向所述B相功率单元和C相功率单元以及主控单元发送故障信息，若A相功率单元与B相功率单元发生连接故障，所述B相功率单元向所述C相功率单元以及主控单元发送故障信息，若B相功率单元与C相功率单元发生连接故障，所述C相功率单元向所述主控单元发送故障信息，若C相功率单元与主控单元发生连接故障，所述主控单元默认为C相功率单元与主控单元发生连接故障。

在本方案中，当发生通讯故障，针对串行通讯故障定位不准的问题，采用通讯故障定位新方案。当对单元故障状态进行检测时，一旦发生通讯故障，上级故障单元数据发送端无法将数据传递给下级单元，若下级单元在一定时间内无法接受到上级单元传递的信息，则该单元会主动向其下级单元传递通讯故障信息。

优选地，三相功率单元的连接若不存在连接障碍，所述A相功率单元会将其单元故障信息传递给所述B相功率单元，所述B相功率单元保留A相功率单元的状态信息并将结合B相功率单元状态信息传递给所述C相功率单元，所述C相功率单元传输保留A相功率单元和B相功率单元的状态信息并结合C相功率单元状态信息传递给所述主控单元。

进一步地，定位故障源的步骤还包括，若所述三相功率单元发生故障，根据所述故障定位模块状态判断对应监测的A相功率单元、B相功率单元和C相功率单元是否发生故障，实现单元故障与通信故障分类处理。

进一步地，所述故障定位模块对所述三相功率单元的故障分析包括以下步骤；故障定位模块检测是否发生单元通讯故障，若确定未发生单元通讯故障，则检测是否发生未连接故障，若确定未发生未连接故障，则检测是否发生过压报警故障，若确定未发生过压报警故障，则检测单元过热故障，若确定未发生检测单元过热故障，则检测单元缺相故障，若确定未发生单元缺相故障，则检测单元过压故障，若确定未发生单元过压故障，则检测单元驱动故障，若确定未发送单元驱动故障，则检测单元失电故障，故障定位模块记录上述故障信息并发送给主控单元，若上述故障单元数目小于等于1且为旁通故障则高压变频器进入旁通运行状态，否则高压变频器进入停机状态，若定位模块检测未检测到故障，则高压变频器正常运行。

本发明还提供一种于高压变频器系统的故障定位系统，所述故障定位模块包括单元通讯故障监测模块、未连接故障定位模块、过压报警故障定位模块、单元过热故障定位模块、单元缺相故障定位模块、单元过压故障定位模块、单元驱动故障定位模块和单元失电故障定位模块，通过上述各个模块实现方法中的各项故障的监测。

进一步地，所述主控单元连接有人机交互装置，所述人机交互装置显示和记录检测的结果，其具体在人机交互触摸屏上显示故障点并记录数据于人机交互装置的存储器中。

优选地，所述人机交互装置设有与其数据交互的手动检测模块、自动检测模块和功率单元波形异常故障监测模块，功率单元波形异常故障监测模块，对各相功率单元的输出波形进行实时监测，一旦发生单元波形异常则向主控报警，并显示出单元波形的检测结果。

优选地，所述人机交互装置设有轻故障指示灯和重故障指示灯，当所述三相功率单元的输出波形异常时，所述轻故障指示灯或重故障指示灯发出报警。

可选地，所述电机包括永磁同步电机、电励磁同步电机、鼠笼式异步电机和绕线式异步电机。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种用于高压变频器系统的故障定位方法及系统，本发明高压变频器可以在运行时，对功率单元输出波形进行实时自检，一旦发生单元波形异常则向主控报警，并在人机界面显示出单元波形的检测结果。避免检测人员将单元拆卸下来手动检测；

2、本发明一种用于高压变频器系统的故障定位方法及系统，本发明能对变频器的单元故障状态进行实时监控，当故障发生时能准确定位到具体单元的具体故障，同时改进了串行通讯中故障信息的传递方法，解决通讯故障定位不准的问题，提高变频器的可靠性并减少检测人员的工作量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例中高压变频器系统的一种连接关系示意图；

图2为本发明实施例中通讯连接故障时高压变频器系统的连接关系示意图；

图3为本发明实施例中人机交互装置显示的三相功率单元的输出波形图；

图4为本发明实施例中三相功率单元的输出波形图自检示意图；

图5为本发明实施例中故障定位模块的分析处理流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本发明一种用于高压变频器系统的故障定位方法，对三相功率单元进行状态监测时，数据从主控CPU经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。当单元接收数据时，串行的位则被转换为字节数据。当系统运行时，A1单元会将其单元信息传递给B1单元，B1则会保留A1单元的状态并附上自己的状态依次往C1传递，直至返回主控。主控则会将信息处理后发送给触摸屏人机界面，人机界面则会显示每个功率单元的故障状态，如果该单元存在故障，则会实时显示该故障。功率单元发生不同的故障时，则会传递不同的故障信息，主控则根据不同的故障原因进行停机或旁通操作。

需要说明的是，为获得单元的实时状态，在触摸屏中设计了单元状态显示界面，该界面显示变频器所有单元级数并根据变频器实际单元数而变化，可应用于不同级数的变频器下。该界面包含变频器的所有单元状态。当某单元发生故障时，该单元及故障指示灯则亮红灯，点击该单元按钮，进入该单元的实时状态，会显示出具体故障。当光纤正常连接时，上级单元会将其单元信息传递给下级单元，下级则会保留上级单元的状态并附上其单元状态依次往下传递，直至返回主控。主控则将收集到的信息处理后传给触摸屏人机界面，人机界面则会显示每个功率单元的故障状态，如果该单元存在故障，则会实时显示该故障。

在一些实施例中，如图2所示，对于发生通信故障时，由于单元间通讯光纤断开，则单元数据无法传输到下一级单元，造成故障定位不准的问题。当第一级单元发生通讯故障时，串行通信故障点有四个，当①点出现通讯问题，A1单元会主动下B1、C1及主控发送接收故障，同理②③点出现故障时，对应的单元都会向主控上报接收故障。如果是④点出现故障，则主控会自动判断出现了C1到主控的通信故障。但是当系统某单元光纤断开后，如①断开后，此时单元A1无输出，同理B1、C1及主控接收不到信号，从而无法准确定位到某一单元通讯故障，只能定位到某一级通讯故障，因此本发明的改进点在于，在当光纤断开后，单元会主动发故障代码给下级单元，当①断开后，A1单元等待一定时间，若一直无法接受信号，则主动向B1单元发送A1单元通讯故障信息，若②③④连接正常，则该故障代码会发送至主控。若②断开后，则B1单元等待一定时间，若一直无法接受信号，则主动向C1单元发送B1单元通讯故障信息，依次往下。同时触摸屏人机界面显示具体故障点，如①出现故障后，显示为：主控与A1单元通信故障，②出现问题时，显示为：A1单元与B1单元通信故障，依次类推。

在另一些实施例中，功率单元波形异常监测功能主要是通过触摸屏人机界面操作，对功率单元的输出波形进行实时监测，一旦发生单元波形异常则向主控报警，并显示出单元波形的检测结果。单元在某一开关频率f_s下以固定调制比0.5及某一固定频率f_r发波时，其理想的调制信号及开关PWM波输出如图3所示。

具体的，如图4所示，其自检方案为：

首先，在第一个高电平开始自检，第一个高电平角度应在360f_r/4f_s至360f_r/4f_s+10°以内。再确定脉冲顺序为{1、0、1、0、1、0、1、0、1、0、1、0、1、0、1、0、-1、0、-1、0、-1、0、-1、0、-1、0、-1、0、-1、0、-1、0}(单个周期脉冲顺序)，保证每一个脉冲计数均在一个较小的范围内。其中可通过自动检测模式和手动检测模式实现检测，在自动检测模式下依次对变频器每个单元进行多个周期连续发波电压脉冲检验，然后依次输出每个单元的状态，在手动检测模式下，连续对设定的单元进行多个周期连续发波电压脉冲检验，一轮检验完成后重新输出结果。

在本发明中主要解决故障定位不准的问题有如下几点：波形异常导致其他单元过压或输出过流、充电失败无法判断准确原因和通信故障定位不准确。

如图5所示，本发明还提供一种高压变频器的故障定位系统，其设置人机交互装置，所述人机交互装置显示和记录检测的结果，其通过RS485接口连接所述主控系统，其中人机交互装置设有手动检测模块、自动检测模块和功率单元波形异常故障监测模块，三相功率单元设置的故障定位模块来判定各相单元的故障，且故障定位模块具体包括了单元通讯故障监测模块、未连接故障定位模块、过压报警故障定位模块、单元过热故障定位模块、单元缺相故障定位模块、单元过压故障定位模块、单元驱动故障定位模块和单元失电故障定位模块，其实现了对单元通讯故障、未连接故障、过压报警故障、单元过热故障、单元缺相故障、单元过压故障、单元驱动故障以及单元失电故障信息，且根据上述故障单元数目小于等于1且为旁通故障则高压变频器进入旁通运行状态，否则高压变频器进入停机状态，若定位模块检测未检测到故障，则高压变频器正常运行，进而合理的将高压变频器调节为旁通运行、停止运行或正常运行，具体通过单元波形异常故障监测模块根据各相单元的波形数据来智能检测，保障高压变频器的正常工作运行。此外人机交互装置还安装有轻故障指示灯或重故障指示灯，在当系统进入旁通运行时则轻故障指示灯亮红色报警，当系统进入停机状态时则重故障指示灯亮红色报警，在人机界面上实时显示出目前变频器所有功率单元的故障信息，实时显示出具体的故障单元和故障信息类型，对应安装的触摸屏人机界面中的单元状态显示界面显示了变频器所有单元的故障信息。当某单元发生故障时，该单元及故障指示灯则亮红灯，点击该单元按钮，进入该单元的实时状态，会显示出具体故障。

具体地，本发明当高压变频器在变频运行中，可以通过触摸屏对功率单元的输出波形进行实时监测，检测可分为自动检测模式和手动检测模式：在自动检测模式下，系统根据则对变频器的所有单元进行轮流检测。在手动检测模式下，系统根据输入的单元号数值进行重复检测。当变频器启动或者运行过程中，如果功率单元发生某类型故障，则系统会主动将故障代码上报给人机界面，此时人机界面显示出故障的具体单元和具体的故障类型，并根据故障的类型变频器进行停机或旁通操作。故障类型和故障代码可供运行人员参考制定检修策略。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高压变频器系统的故障定位方法，所述变频器应用于电机-变频器-工频电源组成的高压变频系统，其特征在于，所述故障诊断方法包括以下步骤：

检测高压变频器是否处于故障状态，

当检测到变频器处于故障状态时，变频器的主控单元通过串行通信将数据逐一发送至变频器的三相功率单元，并通过所述三相功率单元设置的故障定位模块来判断高压变频器内相应三相功率单元是否发生故障，并定位故障源。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器系统的故障定位方法，其特征在于，所述三相功率单元包括依次连接的A相功率单元、B相功率单元和C相功率单元，所述主控单元连接A相功率单元和C相功率单元；

其中，定位故障源的步骤包括：

若所述三相功率单元未发生故障，但高压变频器仍处于故障状态，则判断主控单元、A相功率单元、B相功率单元和C相功率单元之间的连接故障；

若主控单元与A相功率单元发生连接故障，所述A相功率单元向所述B相功率单元和C相功率单元以及主控单元发送故障信息；

若A相功率单元与B相功率单元发生连接故障，所述B相功率单元向所述C相功率单元以及主控单元发送故障信息；

若B相功率单元与C相功率单元发生连接故障，所述C相功率单元向所述主控单元发送故障信息；

若C相功率单元与主控单元发生连接故障，所述主控单元判定所述C相功率单元与主控单元发生连接故障。

3.根据权利要求2所述的一种用于高压变频器系统的故障定位方法，其特征在于，三相功率单元的连接若不存在连接障碍，所述A相功率单元会将其单元故障信息传递给所述B相功率单元，所述B相功率单元保留A相功率单元的状态信息并将结合B相功率单元状态信息传递给所述C相功率单元，所述C相功率单元传输保留A相功率单元和B相功率单元的状态信息并结合C相功率单元状态信息传递给所述主控单元。

4.根据权利要求2所述的一种用于高压变频器系统的故障定位方法，其特征在于，定位故障源的步骤还包括，若所述三相功率单元发生故障，根据所述故障定位模块状态判断对应监测的A相功率单元、B相功率单元和C相功率单元是否发生故障。

5.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器系统的故障定位方法，其特征在于，所述故障定位模块对所述三相功率单元的故障分析包括以下步骤；

故障定位模块检测是否发生单元通讯故障；

若确定未发生单元通讯故障，则检测是否发生未连接故障；

若确定未发生未连接故障，则检测是否发生过压报警故障；

若确定未发生过压报警故障，则检测单元过热故障；

若确定未发生检测单元过热故障，则检测单元缺相故障；

若确定未发生单元缺相故障，则检测单元过压故障；

若确定未发生单元过压故障，则检测单元驱动故障；

若确定未发送单元驱动故障，则检测单元失电故障；

故障定位模块记录上述故障信息并发送给主控单元，若上述故障单元数目小于等于1且为旁通故障则高压变频器进入旁通运行状态，否则高压变频器进入停机状态；

若故障定位模块未检测到故障，则高压变频器正常运行。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于高压变频器系统故障定位方法的高压变频器系统故障定位系统，其特征在于，包括主控单元和三相功率单元，所述三相功率单元设有故障定位模块，所述故障定位模块包括单元通讯故障监测模块、未连接故障定位模块、过压报警故障定位模块、单元过热故障定位模块、单元缺相故障定位模块、单元过压故障定位模块、单元驱动故障定位模块和单元失电故障定位模块。

7.根据权利要求6所述的一种高压变频器系统的故障定位系统，其特征在于，所述主控单元连接有人机交互装置，所述人机交互装置显示和记录检测的结果。

8.根据权利要求7所述的一种用于高压变频器系统的故障定位系统，其特征在于，所述人机交互装置设有与其数据交互的手动检测模块、自动检测模块和功率单元波形异常故障监测模块，所述功率单元波形异常故障监测模块用于对显示所述三相功率单元的输出波形。

9.根据权利要求8所述的一种用于高压变频器系统的故障定位系统，所述人机交互装置设有轻故障指示灯和重故障指示灯，当所述三相功率单元的输出波形异常时，所述轻故障指示灯或重故障指示灯启动。

10.根据权利要求1所述的一种用于高压变频器系统的故障定位系统，其特征在于，所述电机包括永磁同步电机、电励磁同步电机、鼠笼式异步电机和绕线式异步电机。

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