變頻器常見故障分析與處理措施

楊義杰

前言：變頻器已廣泛應用在許多領域內，伴隨著它的故障情況也不容忽視。根據筆者在工作中遇到大量的實際情況，探討變頻器在實際運行中存在的問題，并提出了相應的改進措施，從而有力保障設備安全和生產的正常進行。

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、閉環不能運行、自動配料時不能正常運行、控制回路感應電壓過大造成變頻器不能正常運行、屏蔽線沒有規范接地致調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

此故障現象較為常見，一般顯示“OH”故障。在國內早期一家大型化工企業首次出現此類故障時，變頻器不運轉，導致全面停產，由于不知道問題所在，到處請求專家，最后花費較大代價才處理了這個問題。由于變頻器整流逆變模塊運行時產生高溫，通過散熱片及風扇散熱，故變頻器過熱故障原因一般為：環境溫度高，環境粉塵較大，散熱風道堵，散熱風扇停轉等因素。過熱現象見圖1、圖2和圖3。

圖1.自動包裝變頻器主板及橋堆

圖2.自動包裝變頻器外殼頂部

圖3.風機變頻器風道堵現象

2.1.2 變頻器過熱故障處理措施

（1）環境溫度高、散熱風道堵和環境粉塵較大問題，條件好的盡量將變頻器集中安裝在一間帶有防塵設施的房間內，并配置空調降溫；實際上有不少變頻器安裝在現場，運行環境較為惡劣，使用壽命較短。主要靠人工定期清灰，人工定期清灰的要點必須盡量打開變頻器內部，確保關鍵部位（線路板、主橋板及風道）的灰塵得到徹底清除，包括變頻器配電箱進出口過濾網清灰，尤其要用高速風機重點清理線路板、主板及散熱風道，散熱風道最好用扁且薄物品（如包裝尼龍條）逐縫清理，并保障散熱風扇正常運轉。

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

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發生概率較大，驟熱驟冷的情況下也會出現；某單位制氣車間爐條電機在大修后送電調試變頻器時發現全部損壞，打開時發現線路板掛水珠，濕度大；因大修停產，變頻器斷電，而室內空調一直在制冷狀態，造成變頻器結露。

某單位復合肥自動包裝經常發生變頻器群體性損壞，后來解體發現：這些變頻器的主橋板上積的粉塵濕漉漉的，進一步檢查發現，一般在檢修期間，設備及變頻器全部要斷電，現場粉塵帶有腐蝕性，這些粉塵在干燥天氣還好，遇到陰雨天氣和梅雨季節時，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，必須將電加熱系統投運，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，確保環境保持干燥，有空調場所須打到除濕狀態，要有專人巡檢記錄，要有追責制度。

變頻器斷電后，最好再將變頻器解體或盡量打開，用高速吹風機清灰，并將各連接處進行檢查緊固。

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，一般分為檢測板問題誤報過電流，設備卡死過電流、加速時間過短、變頻器的輸出側短路、負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保護電路，由電流取樣、信號隔離放大及信號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過電流故障，而實際電流沒有達到額定值，檢測板故障，更換同型號的檢測板即可；

圖4.電流檢測保護電路（U相）

圖5.變頻器接地方式

圖6.屏蔽導線的連接方式

圖7.端子加電容器抗干擾接線方法

（2）某單位變頻器經常報過電流故障，檢查DCS后臺電流曲線，在跳閘瞬間電流有突跳值，但工藝參數較為穩定，設備也沒有發現問題，一度認為是變頻器內部出問題了，便讓變頻器廠家修改一系列參數，但故障仍然出現；該單位對此設備加強監控，發現是設備往復式傳動軸連桿十字頭抱死原因，當時巡檢人員發現機械側傳出異常聲響，緊急停車，隨后問題得以解決。變頻器的輸出側短路，如輸出端到電動機之間的連接線發生相互短路或電動機內部發生短路等。 某單位變頻器報過電流故障，隨后在一小時內又報直流欠壓和接地故障。DCS后臺顯示電流曲線沒有超過額定值，可以確定非機械原因，肯定是電氣原因，一方面將變頻器外殼打開，用高速風機清灰；另一方面檢查電纜和電機接線盒處，最后發現電機接線盒處電纜接頭接觸不良發熱燒毀電纜頭絕緣層，使得相間有間歇性短路故障。過電流現象見圖8和圖9。

（3）某單位空分液氧泵變頻器經常報過電流故障，該設備一旦停車，造成的損失較大。電機為315KW變頻電機，工藝要求達到53Hz，變頻器也是315KW。初期投用時運行穩定，后期隨著負荷增大，該變頻器經常報過電流故障停車。分析原因為變頻器配置負荷過低，一旦負荷達到變頻器滿負荷時，此類故障率直線上升；其它單位也屢次出現類似現象，大多因素是設計人員缺乏實際運行經驗，例如220KW風機，按設計要求只需配置200KW變頻器或220KW變頻器即可，但實際運行時，頻繁過電流動作令使用單位暈頭轉向，最后不得不增加投資更換大的變頻器。也有這種現象：本來變頻器運行非常穩定，設備更換葉輪或其他部件后，變頻器總是顯示過電流，甚至連啟動都不能成功。解決辦法就是增大2級等級即可，即315KW氧泵電機，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在停機的時候，其主要原因是減速時間太短或制動電阻及制動單元有問題，也有輸入側的供電電壓發生靜態或瞬態過電壓[1]。首先要搞清楚“OU”報警的原因，這是因為變頻器在減速時，電動機轉子繞組切割旋轉磁場的速度加快，轉子的電動勢和電流增大，使電機處于發電狀態，回饋的能量通過逆變環節中與大功率開關管并聯的二極管流向直流環節，使直流母線電壓升高所致，所以，應該著重檢查制動回路，測量放電電阻是否存在問題。多數出現在引風機設備方面，主要由變頻器選型過小造成，如220KW引風機電機，配200KW變頻器，稍有波動便出現此類故障。

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電阻的問題，可以根據電動機的功率來選擇電阻的大小。由于電動機在停機的時候，會產生很大的再生電流，從而反饋到直流母線上。導致變頻器報“直流過壓”。接上制動電阻就可以解決問題！至于引風機設備方面，解決辦法就是增大至少1級等級即可，即220KW風機電機，最少配置250KW變頻器；變頻器停車方式設為自由停車即可。

2.5 變頻器閉環不能運行故障原因分析與處理措施

2.5.1 變頻器閉環不能運行故障原因分析

某單位高壓煤漿泵變頻器沒有報任何故障，但電機不能正常運行，經過檢查發現此類煤漿泵電機尾部安裝編碼器，反饋到變頻器進行閉環控制，達到對煤漿泵精準調速，一旦編碼器故障，變頻器將無法閉環控制，電機也無法正常運行。

2.5.2 變頻器閉環不能運行故障處理措施

根據上述原因，采取相應措施為：首先將變頻器閉環控制改為開環控制，經過調試能夠滿足生產工藝需求；若不能滿足生產工藝要求，則只有更換編碼器。

2.6 變頻器自動配料時不能正常運行故障原因分析與處理措施

2.6.1 變頻器自動配料不能正常運行故障原因分析

某單位在早期控釋肥自動配料時變頻器不能正常運行，DCS顯示電流波動大，造成變頻器不能穩定運行，原因為原料大小不等，且有大的結塊。

2.6.2 變頻器自動配料不能正常運行故障處理措施

在當時的工藝條件下，不能有效解決原料大小不均情況下，只能在變頻器參數上想辦法，在反復驗證下將運行曲線改為慢S曲線，基本滿足了生產需求；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電壓過大造成不能正常運行故障原因分析與處理措施

2.7.1 變頻器控制回路感應電壓過大造成不能正常運行故障原因分析

某單位尿素造粒噴頭變頻器不能正常運行，現場和DCS均不能調速，現場通過電動電位器調速，即通過現場按鈕進行升降速調速，DCS通過模擬量4-20mA進行調速,經過檢查發現變頻器數字回路有約120V感應電壓，而數字回路一般是24VDC直流電源，到現場的控制電纜是強弱電共用一根電纜，強電干擾弱電是必然的。

2.7.2 變頻器控制回路感應電壓過大造成不能正常運行故障處理措施

將到現場的控制電纜是弱電部分進行去除，直接由DCS來調速；現場須調速時再放一根屏蔽電纜單獨用于調速，現場運行指令可以通過繼電器進行強弱電隔離。不要將24VDC和115/230VAC信號共用同一條電纜[3]。

2.8 變頻器屏蔽線沒有規范接地致調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范接地致調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常發生變頻器在調速時突然轉速降到零速，給生產負荷帶來不穩定因素。檢查發現屏蔽線在變頻器配電柜處接在零母排上，造成對調速指令信號干擾。

2.8.2 變頻器屏蔽線沒有規范接地致調速控制紊亂故障處理措施

針對上述因素，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接地線（PE）相連接，以符合安全規范[3]。故障現象再未發生。另外，所有的控制電纜必須采用屏蔽層電纜。模擬信號的傳輸線應使用雙屏蔽的雙絞線；模擬信號與數字信號應使用單獨的屏蔽電纜[3]。屏蔽線接地線規范見圖5和圖6。

2.9 變頻器誤報缺相或模擬輸入4-20mA缺失故障原因分析與處理措施

2.9.1 變頻器誤報缺相或模擬輸入4-20mA缺失故障原因分析

某單位乙二醇項目投產初期，施耐德變頻器ATV630經常發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，斷電后復位又能夠正常開啟，檢查接地系統也沒有問題，根據廠家技術分析認為造成這種現象為電磁干擾原因。

2.9.2 變頻器誤報缺相或模擬輸入4-20mA缺失故障處理措施

在數字量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，此后變頻器運行正常，但是2個月不到，兩臺110KW變頻器又誤報缺相故障，更換1.5uF電容后變頻器又運行正常，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，變頻器散熱風機電容器也需要每2年更換一次電容，否則易造成風機電機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象

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

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

某單位純堿濾過攪拌變頻器經常發生接地故障，檢查變頻器外部均正常，采用屏蔽接地故障，調試變頻器時發生短路故障，變頻器主板及橋堆燒毀。后期再次發生接地故障時，完全解體變頻器，發現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

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

結論

本文是根據作者多年實踐經驗的總結，對變頻器在實際運行中存在的問題進行詳細說明，并針對問題提出了相應的處理措施。此文有利于設計、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生。