變頻器常見故障分析與處理措施

楊義杰

前言：變頻器已廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域內(nèi)，伴隨著它的故障情況也不容忽視。根據(jù)筆者在工作中遇到大量的實(shí)際情況，探討變頻器在實(shí)際運(yùn)行中存在的問題，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而有力保障設(shè)備安全和生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1.變頻器常見故障

變頻器常見故障一般為：變頻器過熱、濕度大短路、過電流、直流過電壓、閉環(huán)不能運(yùn)行、自動(dòng)配料時(shí)不能正常運(yùn)行、控制回路感應(yīng)電壓過大造成變頻器不能正常運(yùn)行、屏蔽線沒有規(guī)范接地致調(diào)速控制紊亂及接地等。

2.變頻器故障原因分析與處理措施

2.1 變頻器過熱故障原因分析與處理措施

2.1.1 變頻器過熱故障原因分析

此故障現(xiàn)象較為常見，一般顯示“OH”故障。在國(guó)內(nèi)早期一家大型化工企業(yè)首次出現(xiàn)此類故障時(shí)，變頻器不運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致全面停產(chǎn)，由于不知道問題所在，到處請(qǐng)求專家，最后花費(fèi)較大代價(jià)才處理了這個(gè)問題。由于變頻器整流逆變模塊運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生高溫，通過散熱片及風(fēng)扇散熱，故變頻器過熱故障原因一般為：環(huán)境溫度高，環(huán)境粉塵較大，散熱風(fēng)道堵，散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)等因素。過熱現(xiàn)象見圖1、圖2和圖3。

圖1.自動(dòng)包裝變頻器主板及橋堆

圖2.自動(dòng)包裝變頻器外殼頂部

圖3.風(fēng)機(jī)變頻器風(fēng)道堵現(xiàn)象

2.1.2 變頻器過熱故障處理措施

（1）環(huán)境溫度高、散熱風(fēng)道堵和環(huán)境粉塵較大問題，條件好的盡量將變頻器集中安裝在一間帶有防塵設(shè)施的房間內(nèi)，并配置空調(diào)降溫；實(shí)際上有不少變頻器安裝在現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，使用壽命較短。主要靠人工定期清灰，人工定期清灰的要點(diǎn)必須盡量打開變頻器內(nèi)部，確保關(guān)鍵部位（線路板、主橋板及風(fēng)道）的灰塵得到徹底清除，包括變頻器配電箱進(jìn)出口過濾網(wǎng)清灰，尤其要用高速風(fēng)機(jī)重點(diǎn)清理線路板、主板及散熱風(fēng)道，散熱風(fēng)道最好用扁且薄物品（如包裝尼龍條）逐縫清理，并保障散熱風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)問題，有些個(gè)別品牌變頻器散熱風(fēng)扇電容器使用周期一般只有5年左右，一旦到期，風(fēng)扇立即停轉(zhuǎn)，致使變頻器故障跳閘，這種現(xiàn)象在很多單位相繼發(fā)生，一般采取辦法：每到兩年就更換一次風(fēng)扇電容。風(fēng)扇軸承缺油卡死故障，這種現(xiàn)象較少，一旦發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇聲音異常，及時(shí)采取風(fēng)扇保養(yǎng)或更換備用風(fēng)扇。

2.2 變頻器濕度大短路故障原因分析與處理措施

2.2.1 變頻器濕度大短路故障原因分析

此類故障在陰雨天氣和梅雨季節(jié)發(fā)生概率較大，驟熱驟冷的情況下也會(huì)出現(xiàn)；某單位制氣車間爐條電機(jī)在大修后送電調(diào)試變頻器時(shí)發(fā)現(xiàn)全部損壞，打開時(shí)發(fā)現(xiàn)線路板掛水珠，濕度大；因大修停產(chǎn)，變頻器斷電，而室內(nèi)空調(diào)一直在制冷狀態(tài)，造成變頻器結(jié)露。

某單位復(fù)合肥自動(dòng)包裝經(jīng)常發(fā)生變頻器群體性損壞，后來(lái)解體發(fā)現(xiàn)：這些變頻器的主橋板上積的粉塵濕漉漉的，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，一般在檢修期間，設(shè)備及變頻器全部要斷電，現(xiàn)場(chǎng)粉塵帶有腐蝕性，這些粉塵在干燥天氣還好，遇到陰雨天氣和梅雨季節(jié)時(shí)，極易受潮造成線路板短路故障。濕度大極易出故障見圖1和圖8。

2.2.2 變頻器濕度大短路故障處理措施

變頻器斷電后，必須將電加熱系統(tǒng)投運(yùn)，電加熱電源取自電源上樁頭，掛“勿停加熱器電源”警告牌，以防被其他人員切斷加熱電源，確保環(huán)境保持干燥，有空調(diào)場(chǎng)所須打到除濕狀態(tài)，要有專人巡檢記錄，要有追責(zé)制度。

變頻器斷電后，最好再將變頻器解體或盡量打開，用高速吹風(fēng)機(jī)清灰，并將各連接處進(jìn)行檢查緊固。

2.3 變頻器過電流故障原因分析與處理措施

2.3.1 變頻器過電流故障原因分析

變頻器過電流故障最為常見，一般分為檢測(cè)板問題誤報(bào)過電流，設(shè)備卡死過電流、加速時(shí)間過短、變頻器的輸出側(cè)短路、負(fù)荷過大過電流及變頻器選型較保守等因素[1]。

圖4所示的電路是較典型的過流檢測(cè)保護(hù)電路，由電流取樣、信號(hào)隔離放大及信號(hào)放大輸出三部分組成[2]。

2.3.2 變頻器過電流故障處理措施

（1）某單位變頻器頻繁報(bào)過電流故障，而實(shí)際電流沒有達(dá)到額定值，檢測(cè)板故障，更換同型號(hào)的檢測(cè)板即可；

圖4.電流檢測(cè)保護(hù)電路（U相）

圖5.變頻器接地方式

圖6.屏蔽導(dǎo)線的連接方式

圖7.端子加電容器抗干擾接線方法

（2）某單位變頻器經(jīng)常報(bào)過電流故障，檢查DCS后臺(tái)電流曲線，在跳閘瞬間電流有突跳值，但工藝參數(shù)較為穩(wěn)定，設(shè)備也沒有發(fā)現(xiàn)問題，一度認(rèn)為是變頻器內(nèi)部出問題了，便讓變頻器廠家修改一系列參數(shù)，但故障仍然出現(xiàn)；該單位對(duì)此設(shè)備加強(qiáng)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)是設(shè)備往復(fù)式傳動(dòng)軸連桿十字頭抱死原因，當(dāng)時(shí)巡檢人員發(fā)現(xiàn)機(jī)械側(cè)傳出異常聲響，緊急停車，隨后問題得以解決。變頻器的輸出側(cè)短路，如輸出端到電動(dòng)機(jī)之間的連接線發(fā)生相互短路或電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路等。 某單位變頻器報(bào)過電流故障，隨后在一小時(shí)內(nèi)又報(bào)直流欠壓和接地故障。DCS后臺(tái)顯示電流曲線沒有超過額定值，可以確定非機(jī)械原因，肯定是電氣原因，一方面將變頻器外殼打開，用高速風(fēng)機(jī)清灰；另一方面檢查電纜和電機(jī)接線盒處，最后發(fā)現(xiàn)電機(jī)接線盒處電纜接頭接觸不良發(fā)熱燒毀電纜頭絕緣層，使得相間有間歇性短路故障。過電流現(xiàn)象見圖8和圖9。

（3）某單位空分液氧泵變頻器經(jīng)常報(bào)過電流故障，該設(shè)備一旦停車，造成的損失較大。電機(jī)為315KW變頻電機(jī)，工藝要求達(dá)到53Hz，變頻器也是315KW。初期投用時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定，后期隨著負(fù)荷增大，該變頻器經(jīng)常報(bào)過電流故障停車。分析原因?yàn)樽冾l器配置負(fù)荷過低，一旦負(fù)荷達(dá)到變頻器滿負(fù)荷時(shí)，此類故障率直線上升；其它單位也屢次出現(xiàn)類似現(xiàn)象，大多因素是設(shè)計(jì)人員缺乏實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，例如220KW風(fēng)機(jī)，按設(shè)計(jì)要求只需配置200KW變頻器或220KW變頻器即可，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，頻繁過電流動(dòng)作令使用單位暈頭轉(zhuǎn)向，最后不得不增加投資更換大的變頻器。也有這種現(xiàn)象：本來(lái)變頻器運(yùn)行非常穩(wěn)定，設(shè)備更換葉輪或其他部件后，變頻器總是顯示過電流，甚至連啟動(dòng)都不能成功。解決辦法就是增大2級(jí)等級(jí)即可，即315KW氧泵電機(jī)，在重要位置最少配置400KW變頻器。

2.4 變頻器直流過電壓故障原因分析與處理措施

2.4.1 變頻器直流過電壓故障原因分析

變頻器直流過電壓故障一般出現(xiàn)在停機(jī)的時(shí)候，其主要原因是減速時(shí)間太短或制動(dòng)電阻及制動(dòng)單元有問題，也有輸入側(cè)的供電電壓發(fā)生靜態(tài)或瞬態(tài)過電壓[1]。首先要搞清楚“OU”報(bào)警的原因，這是因?yàn)樽冾l器在減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度加快，轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢(shì)和電流增大，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，回饋的能量通過逆變環(huán)節(jié)中與大功率開關(guān)管并聯(lián)的二極管流向直流環(huán)節(jié)，使直流母線電壓升高所致，所以，應(yīng)該著重檢查制動(dòng)回路，測(cè)量放電電阻是否存在問題。多數(shù)出現(xiàn)在引風(fēng)機(jī)設(shè)備方面，主要由變頻器選型過小造成，如220KW引風(fēng)機(jī)電機(jī)，配200KW變頻器，稍有波動(dòng)便出現(xiàn)此類故障。

2.4.2 變頻器直流過電壓故障處理

如果是第一次使用，很可能就是沒有制動(dòng)電阻的問題，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率來(lái)選擇電阻的大小。由于電動(dòng)機(jī)在停機(jī)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生很大的再生電流，從而反饋到直流母線上。導(dǎo)致變頻器報(bào)“直流過壓”。接上制動(dòng)電阻就可以解決問題！至于引風(fēng)機(jī)設(shè)備方面，解決辦法就是增大至少1級(jí)等級(jí)即可，即220KW風(fēng)機(jī)電機(jī)，最少配置250KW變頻器；變頻器停車方式設(shè)為自由停車即可。

2.5 變頻器閉環(huán)不能運(yùn)行故障原因分析與處理措施

2.5.1 變頻器閉環(huán)不能運(yùn)行故障原因分析

某單位高壓煤漿泵變頻器沒有報(bào)任何故障，但電機(jī)不能正常運(yùn)行，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)此類煤漿泵電機(jī)尾部安裝編碼器，反饋到變頻器進(jìn)行閉環(huán)控制，達(dá)到對(duì)煤漿泵精準(zhǔn)調(diào)速，一旦編碼器故障，變頻器將無(wú)法閉環(huán)控制，電機(jī)也無(wú)法正常運(yùn)行。

2.5.2 變頻器閉環(huán)不能運(yùn)行故障處理措施

根據(jù)上述原因，采取相應(yīng)措施為：首先將變頻器閉環(huán)控制改為開環(huán)控制，經(jīng)過調(diào)試能夠滿足生產(chǎn)工藝需求；若不能滿足生產(chǎn)工藝要求，則只有更換編碼器。

2.6 變頻器自動(dòng)配料時(shí)不能正常運(yùn)行故障原因分析與處理措施

2.6.1 變頻器自動(dòng)配料不能正常運(yùn)行故障原因分析

某單位在早期控釋肥自動(dòng)配料時(shí)變頻器不能正常運(yùn)行，DCS顯示電流波動(dòng)大，造成變頻器不能穩(wěn)定運(yùn)行，原因?yàn)樵洗笮〔坏?，且有大的結(jié)塊。

2.6.2 變頻器自動(dòng)配料不能正常運(yùn)行故障處理措施

在當(dāng)時(shí)的工藝條件下，不能有效解決原料大小不均情況下，只能在變頻器參數(shù)上想辦法，在反復(fù)驗(yàn)證下將運(yùn)行曲線改為慢S曲線，基本滿足了生產(chǎn)需求；后期工藝條件改變后，就不存在此類故障了。

2.7 變頻器控制回路感應(yīng)電壓過大造成不能正常運(yùn)行故障原因分析與處理措施

2.7.1 變頻器控制回路感應(yīng)電壓過大造成不能正常運(yùn)行故障原因分析

某單位尿素造粒噴頭變頻器不能正常運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)和DCS均不能調(diào)速，現(xiàn)場(chǎng)通過電動(dòng)電位器調(diào)速，即通過現(xiàn)場(chǎng)按鈕進(jìn)行升降速調(diào)速，DCS通過模擬量4-20mA進(jìn)行調(diào)速,經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)變頻器數(shù)字回路有約120V感應(yīng)電壓，而數(shù)字回路一般是24VDC直流電源，到現(xiàn)場(chǎng)的控制電纜是強(qiáng)弱電共用一根電纜，強(qiáng)電干擾弱電是必然的。

2.7.2 變頻器控制回路感應(yīng)電壓過大造成不能正常運(yùn)行故障處理措施

將到現(xiàn)場(chǎng)的控制電纜是弱電部分進(jìn)行去除，直接由DCS來(lái)調(diào)速；現(xiàn)場(chǎng)須調(diào)速時(shí)再放一根屏蔽電纜單獨(dú)用于調(diào)速，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行指令可以通過繼電器進(jìn)行強(qiáng)弱電隔離。不要將24VDC和115/230VAC信號(hào)共用同一條電纜[3]。

2.8 變頻器屏蔽線沒有規(guī)范接地致調(diào)速控制紊亂故障原因分析與處理措施

2.8.1 變頻器屏蔽線沒有規(guī)范接地致調(diào)速控制紊亂故障原因分析

某單位氣化低壓煤漿泵變頻器經(jīng)常發(fā)生變頻器在調(diào)速時(shí)突然轉(zhuǎn)速降到零速，給生產(chǎn)負(fù)荷帶來(lái)不穩(wěn)定因素。檢查發(fā)現(xiàn)屏蔽線在變頻器配電柜處接在零母排上，造成對(duì)調(diào)速指令信號(hào)干擾。

2.8.2 變頻器屏蔽線沒有規(guī)范接地致調(diào)速控制紊亂故障處理措施

針對(duì)上述因素，去除接在零母排上的屏蔽線接地線，重新接在地線母排上，電纜屏蔽層必須與保護(hù)接地線（PE）相連接，以符合安全規(guī)范[3]。故障現(xiàn)象再未發(fā)生。另外，所有的控制電纜必須采用屏蔽層電纜。模擬信號(hào)的傳輸線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線；模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)應(yīng)使用單獨(dú)的屏蔽電纜[3]。屏蔽線接地線規(guī)范見圖5和圖6。

2.9 變頻器誤報(bào)缺相或模擬輸入4-20mA缺失故障原因分析與處理措施

2.9.1 變頻器誤報(bào)缺相或模擬輸入4-20mA缺失故障原因分析

某單位乙二醇項(xiàng)目投產(chǎn)初期，施耐德變頻器ATV630經(jīng)常發(fā)生缺相故障或模擬輸入4-20mA缺失故障，檢查變頻器及外圍均正常，斷電后復(fù)位又能夠正常開啟，檢查接地系統(tǒng)也沒有問題，根據(jù)廠家技術(shù)分析認(rèn)為造成這種現(xiàn)象為電磁干擾原因。

2.9.2 變頻器誤報(bào)缺相或模擬輸入4-20mA缺失故障處理措施

在數(shù)字量24V端子及模擬量com公共端子各接一只0.47uF電容，電容另一端接地，此后變頻器運(yùn)行正常，但是2個(gè)月不到，兩臺(tái)110KW變頻器又誤報(bào)缺相故障，更換1.5uF電容后變頻器又運(yùn)行正常，初步分析為原電容容量較小，且衰減較多造成，后期考慮每年更換一次，見圖7。同理，變頻器散熱風(fēng)機(jī)電容器也需要每2年更換一次電容，否則易造成風(fēng)機(jī)電機(jī)燒毀或變頻器過熱跳閘。

2.10 變頻器接地故障原因分析與處理措施

2.10.1 變頻器接地故障原因分析

圖8 濾過變頻器接地故障主板積灰現(xiàn)象

圖9 尿素變頻器先后報(bào)過流、直流欠壓和接地故障根源--電機(jī)接線端子過熱燒毀絕緣層

圖10 尿素變頻器先后報(bào)過流、直流欠壓和接地故障根源--電機(jī)接線端子過熱燒毀絕緣層

某單位純堿濾過攪拌變頻器經(jīng)常發(fā)生接地故障，檢查變頻器外部均正常，采用屏蔽接地故障，調(diào)試變頻器時(shí)發(fā)生短路故障，變頻器主板及橋堆燒毀。后期再次發(fā)生接地故障時(shí)，完全解體變頻器，發(fā)現(xiàn)在橋堆處有潮濕的積灰造成短路。

2.10.2 變頻器接地故障處理措施

針對(duì)上述因素，變頻器一旦發(fā)生接地故障，首先排除電纜和電機(jī)故障，再將變頻器解體檢查清灰緊固。見圖8、圖9和圖10。

結(jié)論

本文是根據(jù)作者多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，對(duì)變頻器在實(shí)際運(yùn)行中存在的問題進(jìn)行詳細(xì)說明，并針對(duì)問題提出了相應(yīng)的處理措施。此文有利于設(shè)計(jì)、施工單位和電氣維保人員參閱，便于減少以上類似故障的發(fā)生。