热泵模块水泵空开频繁跳闸分析及措施

热泵模块水泵空开频繁跳闸分析及措施

孙萍萍

珠海格力电器股份有限公司   广东珠海 519000

摘要：电气设备故障在日常生活中比较常见，但是产生故障的原因却是复杂多变的，多数情况下并不是单一的元器件故障，而是由一个元器件故障引发一系列的问题。本文从控制电路、电气联锁、元器件选型、PLC控制逻辑、电网送电质量等方面层层分析断路器跳闸原因，从而找出断路器跳闸的根本原因。

关键词：水泵跳闸；热泵模块；控制；分析

一、工程问题现象

深圳某一热泵项目，运维人员在巡检过程中，发现热泵模块的生活水泵跳闸，具体情况如下：

自2019年1月30开始，热泵模块一控制柜内的两个生活水泵空开均出现跳闸现象，将生活水泵切换至本地状态时，刚启动水泵并未出现跳闸，而是在运行过程中某一时刻出现跳闸，现象为交流接触器跳开，其上端的空开未出现跳闸；切至远程状态时，跳闸后的现象为水泵对应的空开跳闸，接触器仍处于吸合状态。热泵模块二同样存在水泵跳闸的现象，但没有模块一频繁。

二、水泵异常跳闸问题调查分析

1．水泵的启动原理

生活水泵使用了11kw的三相异步电机，电路采用了电动机工频直起方案，如下图。

（1）当控制柜总闸上电后，将柜内的水泵对应空开合闸（3Q1），在控制柜面板上选择生活水泵的工作状态（本地/远程），然后在本地状态下按下水泵启动按钮（3SF），电路中启停中继（3KA1）自锁，交流接触器（3KM2）线圈得电吸合，电机正常启动；

（2）远程状态时，由PLC下发远程启停命令，电路中的无源常开触点闭合（线号334位置），电路中启停中继（3KA1）自锁，交流接触器线圈得电吸合，电机正常启动。

2．热泵模块控制柜水泵异常跳闸问题分析

为解决水泵异常跳闸问题，我们第一时间与现场工作人员进行沟通联系，经过现场排查PLC程序控制逻辑、电气联锁和电气原理图等，均未发现任何异常问题，初步怀疑是上端电网质量差、电磁干扰、高次谐波引起电压畸变等影响导致，因水泵电路中启停中间继电器和交流接触器的线圈本身抗干扰性能较低，电网的电压波动较大时，线圈瞬间失电，造成水泵跳闸的现象。为找出水泵异常跳闸的根本原因，我们采取了以下三种验证方案：

A.在热泵模块一的水泵的控制回路增加滤波器，观察水泵是否跳闸。

采购新物料，拆除热泵模块一柜内的无源滤波器，更换柜内所有的中间继电器和交流接触器，排除由于电网质量导致元器件性能质量下降的原因。

B.热泵模块二的水泵控制回路只增加隔离变压器，其余不变，两者可形成对比；

C. 采购在线式UPS电源，安装在水泵控制柜二次回路电源上端，当上端电网正常供电时，在线式UPS电源首先将交流电源经整流变成直流电源，然后进行脉宽调制、滤波，再将直流电经逆变器重新转换成正弦波交流电源向负载供电，这样就可以避免由电网电压波动及干扰而带来的影响，为水泵控制回路提供优质的稳压、稳频的纯净正弦波电源，防止水泵再出现意外跳闸的现象。

按照上述的三种方案，陆续验证后，期间记录了水泵的跳闸情况和同时段的离心机的运行状态及负荷电流值。

方案A统计的数据如下图：

方案B统计的数据如下图：

谐波、电压波形分析如下：

使用谐波测试设备进行蹲守测试，测试时间选在前期数据统计易发生跳闸的时间段，实时抓捕电网的谐波波形、电压波形，未发现异常，期间水泵也未出现跳闸的现象。抓捕数据如下：

        图1（电源电压，正常）              图2（奇次谐波含量，正常）

方案C统计数据如下：

根据最新通报，国庆期间再次出现水泵跳闸现象，我方组织人员前往现场，在MQ1的电控柜内增加了UPS电源（10.12号），10.15号仍然出现跳闸的现象，中继跳变次数已累积至3000多次，通过监测后台数据如下：

分析前期的处理方案和实际两台热泵模块的水泵跳闸数据，可以得出结论，热泵模块的水泵跳闸必然与上端电网有关。分析原因如下：

1.方案A中增加的滤波器为无源滤波器，易受阻抗影响存在谐波放大和共振的危险，对比方案B可发现拆除无源滤波器后跳变次数明显减少，并且无源滤波器只能滤除固定次数波形（1,3,5等）；

2.方案B中采购新的元器件，更换模块一的所有中间继电器和交流接触器，然后在模块二的柜内控制回路增加隔离变压器，用来改善电网的质量。但此方案仍存在不足，因为模块一更换元器件只是换汤不换药，只用于排查元器件是否存在质量问题，模块二增加的隔离变压器只能格力干扰，电网的高次谐波是可以从输入侧绕组耦合至输出侧绕组的，同样不能保证水泵控制回路不受到其影响；

3.方案C在控制柜二次回路电源上端安装了在线式UPS，但UPS的输入端和输出端的零线是导通的，在市电供电时，输出电压只是幅度有改善，输入失真、干扰等传递给了输出端。动态性能不好，在输入电压或负载电流突变时，输出电压突变较大，恢复到新稳态所需时间长，稳压精度较差，对电网适应范围窄。UPS有转换时间，不适合市电不稳定的环境。

4.根据前期现场反馈的现象，认为只有生活水泵出现跳闸的现象，后期通过观察数据可以发现，循环水泵和生活水泵同时运行过程，其中继器和交流接触器的线圈跳变时间和次数是一致的。由于循环水泵的控制逻辑是通过机组下发开关命令的，不像生活水泵是一直开启的，因此只有通过数据才能观察到其跳变时间和次数。

三、生活水泵跳闸最终根本原因

通过观察数据分析表，可以发现水泵每次跳闸的时间段与离心机的运行时间基本吻合，离心机运行平稳阶段，循环水泵和生活水泵的启停中间继电器会同时出现跳变现象，跳变即瞬间失电得电的过程。初步分析是离心压缩机运行期间，变频器产生奇次谐波与电网谐波叠加合成高次谐波后，使电网的电压发生畸变，电压凹陷（供电系统中某点的工频电压均方根值突然下降至额定值的10%~90%，并在随后的10ms~1min短暂持续期后恢复正常），柜内中继器和交流接触器的线圈瞬间失电导致水泵跳闸。

四、整改措施

1.临时整改方案：

（1）将二次回路的交流接触器更改为直流接触器，接触器的线圈通过开关电源来供电，完全避开交流电的影响；

（2）将水泵接触器的一次回路断路器型号更换为IC65N系列，并且容量放大几档使用。

2.长期整改措施：

针对此次水泵频繁跳闸的异常情况，进行相应的整改，具体方案如下：

（1）对于新项目，电机采用工频启动的控制柜，其二次控制回路均改成直流启动；

（2）设计阶段，控制柜内的主要元器件需采用性能好，稳定性可靠的型号，容量放大一档使用。

五、结论

模块一控制柜的二次回路更改成直流启动方案，更换断路器、接触器和继电器等元器件的型号，模块二更换了断路器型号后，至今未出现跳闸的现象。在后期的项目中，对于新项目，在进行设计选型时，二次控制回路优先使用直流元器件，避免交流谐波的影响；对于对控制回路有要求的项目，充分了解下控设备的性能、前端电源的质量情况，选用性能稳定的元器件满足项目需求。通过多个项目的验证，暂未出现类似跳闸的问题。

参考文献

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