1 引言

　　目前變頻器在油田注聚泵站得到全面普及應用，以勝利油田孤東采油廠為例，據統計低壓變頻器在注聚泵站應用數量已達270余臺，約占油田低壓變頻器總數的58%。變頻器在油田三次采油開發技術中從單井注入泵電機的控制，到聚合物礦場試驗中的母液配制系統、轉輸系統、喂入外輸系統中都大量應用到變頻器，它具有節能、方便流量調節、和plc及上位機的良好通訊性能和無級調速能力，與流量計、調節閥、自動混配控制器配合達到自由改變完成單井配注，可以自由改變下粉(聚合物)量，恒壓喂入，跟蹤物位調節，保證配藥罐液位相對穩定，備用泵系統萬能替代其它單泵工作的優點。但隨著變頻器應用數量的逐年擴大和使用年限的增加，變頻器的故障問題日益顯現，如何確保在用變頻器的正常運行，減少變頻器的故障時間，已越來越成為采油廠的一項重要研究課題。

　　2 變頻器工作原理及端子接線

　　2.1工作原理

　　通常把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產生可變的電壓和頻率，該設備首先要把電源的交流電通過橋式整流變換為直流電(dc)，把直流電(dc)變換為交流電(ac)，其電學術語為“inverter”(逆變器)。由于變頻器設備中產生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器。用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率，但用于熒光燈的變頻器主要用于調節(提高)電源供電的頻率，減小低頻頻閃對眼睛的暈眩作用。變頻器的工作原理被廣泛應用于各個領域，例如計算機電源的供電(ups)，在該項應用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動及電源的瞬間斷電，瞬間斷電時ups可以把蓄電池內存儲的直流電轉換為電壓、頻率和市電一樣的交流電源，保證計算機用戶有足夠的時間將所做的工作進行存盤。當然也適用于醫院和其它不可斷電的工業系統、軍事系統的備用電源系統。

　　變頻器的內部結構可通過圖1的示意圖進行描述，以三相工業電源為例，簡單說明變頻器的內部結構和工作原理。

　　圖1 變頻器的內部結構示意圖

　　從圖1中可以簡單理解變頻器的工作原理，三相交流電源經橋式整流電路由交流電變為脈動直流電，然后經大容量電容濾波變為較穩定的直流電，再經過振蕩逆變系統轉換為電壓頻率可變的交流電去驅動負載電動機，在這過程中有中央控制系統參與的閉環控制，其中包括對輸入電源的電壓、頻率監視、整流后的直流電壓監視、輸出的電壓頻率電流監視、變頻器的溫度監視、外部輸入故障監視等。還有對外部人工輸入參數的反映、內部反饋的數據的調整、對故障的報警和停機處理。人機界面是人工輸入各項參數、顯示內部工作狀態、故障報警內容(有的是代碼)以及輸入事先編好的程序，使變頻器按照人們的意愿去完成某個特定的運轉過程，人機界面從外觀看，一般是發光數碼管或液晶顯示屏，帶有一些防水軟觸健，它相當于計算機的鍵盤和顯示器，所以它即是變頻器的輸入設備又是輸出設備。

　　2.2變頻器的端子接線

　　圖2簡單介紹一些變頻器在注聚泵站中常用的接線端子，有助于理解變頻器和外部連接的常識，也便于對變頻器故障問題的檢查和處理。

　　一般來說，變頻器的端子可以簡單分為主電路端子和控制電路端子：

　　(1)主電路接線端子

　　輸入三相動力端子用r、s、t字母來標示，其輸入為ac380～450v±10%(50、60hz±5%)，國外的變頻器也有200～240v輸入電壓范圍的。輸出(負載)端子一般用u、v、w來標示。接地端子用g標示。

　　其它還有可選用的dc電抗器端子、外部制動電阻端子和外部制動單元連接端子等在圖中沒有標出，在注聚中不太常用在此不做詳細描述。

　　(2)控制電路接線端子

　　模擬給定公共端子(l)，頻率給定端子(h)，h與l之間能提供+10v直流電。頻率指令端子，有電壓和電流輸入兩種，電壓一般0～10v，電流4～20ma。模擬監視器，可以監視變頻器的輸出頻率、電壓、電流、輸入電功率等。內部報警輸出端子，可以把變頻器內部故障傳給與它相連的外部自動化儀器設備，以便實現聯動。外部報警輸入端子，把外圍設備的故障傳給變頻器，讓其做出停機反應，如所帶負荷發生故障、自動控制系統發生故障等。外部熱敏電阻輸入端子，讓變頻器檢測溫度，過熱時引起跳閘，并停止輸出。正反轉輸入端子，它連接后變頻器不受鍵盤輸入運轉方向控制，所以常用它來從外部輸入運轉停止指令。

　　3 注聚泵站變頻器常見問題及處理

　　結合筆者現場實際應用過程遇到的問題，現介紹一下對故障問題的處理方法和注意事項如下：

　　3.1變頻器在低速和高速運轉時電流過大

　　變頻器在低速和高速運轉時電流過大，造成變頻器本身和負載溫度過高，負載(電機)噪聲和振動過大。在1992年孤東三元復合驅試驗中，用到5臺東芝30kw變頻器，當時因為設計和投產有差異，結果實際運行時需要變頻器的運行頻率需要在8～10hz運行，也就是常見的低頻狀態下運行，結果每臺變頻器所帶的電機的普遍振動過大，且運行中發出“吱吱”的噪音，電機表面溫度都在80℃以上，最高達到90℃，變頻器輸出電流35a以上，且電流波動較大。經美國現場電氣工程師調試后得出結論：變頻器不可在低頻下連續運轉，況且電機風扇轉速慢導致電機散熱不好，發熱在所難免。筆者當時仔細分析研究的變頻器說明書，發現了v/f參數以及轉矩等各項參數的意義和設定方法，推測變頻器在低頻下電流過大是因為低頻時輸出轉矩過小引起。根據電機功率公式p=uicosφ可以看出：在輸出功率一定時，適當提高輸出電壓就可降低輸出電流，因此筆者試驗了兩種方法：第一種方法是改變v/f曲線，把變頻器的基本頻率由50hz該改為40hz左右，也就是說讓變頻器在40hz左右時對應輸出電壓380v，相對來說在8～10hz時輸出電壓約增加20%的輸出電壓，經過調整5臺變頻器的基本頻率在38～42hz之間，運轉時的輸出電流約是原來的50%左右，變頻器和電機的溫度都大大降低，電機溫度在34～39℃之間，噪聲和振動也變得很小，較之工頻時電機運轉有力而平穩。第二種方法是設定轉矩提升，也就是在v/f比率不變的情況下，將輸出電壓都增加10～50v的電壓增益，這種方法也可達到以上效果。

　　變頻器可以在低頻下正常運行，但要根據負載情況適當改變輸出電壓增益，也就是輸出轉矩，但要注意電壓不可提升過高，以防止電機定子超過磁飽和反而引起電流過大和耗電增加。合理的調節可以提高設備的運轉性能并達到提高功率因數而節電。同時應注意所帶注聚泵在低轉速下是否有良好的潤滑，一般來說柱塞泵靠曲軸運轉帶動潤滑油的甩起，轉速低時甩動不好，潤滑油位可適當提高，這時柱塞泵就可達到較好的潤滑且發熱更少。

　　3.2變頻器在啟動和停止時發生過電流保護的處理

　　變頻器在啟動和停止時發生過電流保護一般有以下幾方面原因：

　　(1)加速時間和減速時間不合適造成，加速時間過長容易使變頻器輸出的轉矩長時間過低而引起啟動電流過大，而加速時間過短也會引起電機在短時間內無法跟上變頻器的電壓和頻率輸出值，就象工頻直接啟動接近的效果，一般根據負荷變化情況來設定加速時間，在注聚和物中單井注入泵變頻器，一般設定5～10s，觀察輸入電流表，以加速期間的電流不大于實際時的電流的1.5倍。減速時間也很重要，它的特征和加速時間差不多，一般也設定在5～15s之間，根據負荷情況調整，減速期間禁止使用剎車，比如電機未停止時禁止關泵出口閘門。

　　(2)啟動轉矩太小造成啟動電流過大，這一般是因為v/f曲線不合適造成，注聚泵因為是恒壓輸出，應選用線性v/f曲線，根據負荷情況適當調整v、f對應值以達到最佳啟動轉矩，比如負荷小時可采用v/f值小一點，反之則大一點。

　　3.3變頻器在運轉中莫名其妙的自動停機，復位可再啟動的處理

　　這種現象一般是因為在同一泵房內其它大型電機一起動(工頻)，電機起動時將流過和容量相對應的起動電流，電機定子側的變壓器產生電壓降，電機容量大時此壓降影響也大，連接在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷，因而有時保護功能(ipe)動作，造成停止運轉。這時可在變頻器輸入端加入感性濾波線圈來解決。

　　3.4變頻器在50hz時帶動的離心泵不能達到工頻時流量和揚程

　　現場檢查后發現的該變頻器設定的基本頻率是60hz，也就是說在60hz時才達到380v的輸出電壓，明顯是50hz時的轉矩不足引起離心泵轉速低造成，將基本頻率改成50hz，輸出電壓最大為400v(電網輸入為410v)后滿足流量和揚程要求，且工作電流也降低了，電機發熱也小了。

　　3.5變頻器內部器件損壞引起的報警輸出的故障判斷和維修處理

　　變頻器內部器件損壞有以下幾種：

　　(1)主板損壞。一般此時變頻器人機界面無顯示，變頻器無反映，需更換主板，廠家提供的可直接更換，更換時注意讓變頻器完全放電完畢，手不可接觸電路板部分防止靜電燒壞內部cmos電路。筆者曾維修過一臺日立變頻器，人機界面無顯示，經檢查主板電源電路被燒壞，經更換主板后恢復正常。還維修過一臺富士變頻器，有人機界面顯示和故障代碼顯示，經查為充放電電路故障，用萬用檢查，發現主板上充放電電路的一支3a保險管被燒斷，更換后恢復正常。

　　(2)輸出模塊損壞。一般引起變頻器過載停機，無論怎么調整都不行，筆者曾更換過東芝、abb等變頻器輸出模塊，當然有的變頻器直接有故障代碼顯示。輸出模塊損壞的原因有各種各樣，一般來說出現的問題也無非是u、v、w三相無輸出，或者輸出不平衡，再或者是輸出平衡但地低頻的時候抖動，還有啟動報警等。當一臺變頻器大電容后的快熔開路，或者是igbt逆變模塊損壞的情況下，輸出模塊基本不能完好無損，切不可換上好的快熔或者igbt逆變模塊，這樣很容易造成剛換上的好的器件再次損壞。這時候應該著重檢查一下輸出電路上是否的打火的印記，可先將igbt逆變模塊的輸出腳連線拔掉，用萬用表電阻檔測量輸出電路是否阻值相同，如果基本相同還不能完全證明輸出電路是完好的，接著需要用數字式電子萬用表來測量輸出電路的直流電壓，一般來說，未啟動時每路輸出電路上的直流電壓為10v左右，啟動后的直流電壓為2～3v左右，若測量結果正常，可以確定變頻器的輸出電路是好的。

　　(3)輸入缺相。內部三相均有保險，如果燒壞就會缺相，這時大多變頻器會有提示，根據提示檢查即可發現。

　　(4)整流模塊損壞。該模塊損壞就不可完成ac-dc的轉換，變頻器也不能工作，這個根據檢查不難發現，有時是三相橋中一個二極管損壞，會造成主直流電壓過低報警，濾波電解電容損壞也會引起主直流電壓過低報警。

　　(5)溫度傳感器故障。筆者曾遇見一臺變頻器頻繁發出主板過熱報警，經檢查發現傳感器損壞，經更換后正常。

　　(6)監視器故障。筆者曾遇見過多臺變頻器不顯示故障，多數故障是因長期操作造成監視器電路焊點開路引起，經重新焊接后恢復正常。

　　(7)冷卻風扇故障。變頻器遇到這種故障就自動停機，故障代碼顯示為變頻器過熱故障，注聚泵站此類故障也較多，更換冷卻風扇后正常。冷卻風扇在室內無塵、溫度、濕度適中的環境下正常使用壽命為20000小時，在高溫、高濕和灰塵較多的場全使用將嚴重影響它的使用壽命。

　　(8)報警輸出電路故障。這類故障也較常見，主要是變頻器內部報警繼電器發生故障，出現誤報警、或自動停機，甚至造成控制聯機系統失靈，系統無法正常運行。變頻器故障問題的檢查方法是用萬用表測量一下報警繼電器輸出端子的電壓是否正常，常閉、常開觸點是否正確，若發現繼電器故障，更換繼電器即可。

　　3.6電位器故障

　　變頻器在由電位器遠控時頻率總是為0或最大(比如50hz)，不可調整，這一般是因為電位器的上端和調節端開路引起為0，下端開路引起最大。當然也見過因為職工亂調，將內部設定最小頻率和最大頻率設成相同值造成的無法調整。還有被人由遠控改成盤控而無法調整的。這些根據現象和內部設定檢查不難改正。另外，若電位器內部發生故障，也會產生電位器調節端輸出不變，造成變頻器頻率無法正常調節，遇到這種情況更換同阻值的電位器即可。

　　4 實際應用中應注意的事項

　　(1)當不知道哪個參數出問題了，或者被其它人參數調亂了，那么應先改成出廠設定。

　　(2)變頻器的輸出端絕對不允許接入工頻電源，為防止此類錯誤，在進行變頻、工頻切換時一般不采用電路互鎖，而應采用機械互鎖，也有使用多位開關或輔助觸點來切換的，但一定要加防過流保險，防止觸點粘連。

　　(3)變頻器選用功率能力最好是所帶實際負荷的120%。在實際應用中，應避免大功率電機配小功率變頻器的問題，若遇到電機負載率增加超過變頻器最大功率時，就會容易燒壞變器。

　　(4)變頻器可以超過50hz運轉，首先保證沒有超負荷，其次保證所帶電機和泵是否允許超速運轉。

　　(5)變頻器也可在低于10hz運轉，關鍵調好轉矩補償，保證低速下有合適的轉矩，而且應保證低速下的電機冷卻，因為大多電機的冷卻風扇是和電機軸同步，同時保證泵有足夠的潤滑，因為注聚用柱塞泵的機油也是靠泵本身的轉動帶動潤滑系統，只有少數大排量柱塞泵是獨立潤滑泵提供潤滑，不受泵轉速影響。

　　(6)如果使用大功率的變頻器帶動小負荷的設備，一定注意將其內部保護值設定的跟所帶負荷接近的數值，避免對電機造成損害，也可真正達到監視設備是否正常運行。

　　(7)變頻器外接電位器電阻大小要按照變頻器使用說明書的要求選用，過大、過小都不合適，電位器過小頻率就調不上去，電位器過大就不易制裁節控制。

　　(8)應避免變頻器外接電位器接線不正確的問題。接線不正確，盡管變頻器也能正常運行，但電位器電阻值變化與頻率變化正好相反，調現場操作不方便，解決辦法是將接線重新調整即可。

　　5 結束語

　　總的來說，油田注聚泵站變頻器的調試、維護、故障檢修工作，除了要熟悉和掌握其變頻器的工作原理和油田生產工藝外，更重要的是要靠檢修實踐和經驗的不斷積累，才能正真提高現場檢修人員的故障處理能力和檢修水平，才能更好地掌握變頻器的維修技術，滿足生產工作的需要。因此，通過以上對油田注聚泵站常見故障問題的分析，希望對廣大從事變頻器維修行業的同行們有所幫助。