变频器维护实用技术探讨

郑永平

摘要：现代水厂变频调速技术应用广泛，水处理各类变频器数量很多，故障发生概率较高，故障处理时间较长，严重影响现场生产的稳定运行。本文通过研究变频器的原理及日常运行维护要求，对现场变频器故障问题进行分析，总结故障发生的原因，提升点检对变频器原理的认识，掌握变频器日常的维护技巧，并能够熟练根据现场设备实际情况需求相应地调整变频器内部运行参数，达到节能、智能的目的，发挥变频器优势，实现现代化设备的智能生产。

关键词：变频器，故障，维护

1. 水处理变频器运行现状

水处理变频器使用概率较高，大量使用于现场恒压供水系统、PID调节系统、流量调节系统中，其中变频器种类较多，高压变频器和低压变频器、国产变频器与进口变频器、四大品牌变频器，西门子、施耐德、ABB、AB等均有涉及。自投运以来，变频器故障率高、处理时间长等问题给现场生产带来了一系列的麻烦，总结出一份变频器运行维护方案，保证现场设备稳定运行，成为了我们维护人员最迫切的任务。

2. 水处理变频器故障的原因

通过对2016年11月份以来水处理发生的变频器故障情况进行汇总、分析，本人得出变频器故障发生的主要原因有以下三类。

2.1 自然环境因素

2.1.1 自然环境的两大原因

2.1.1.1 湛江气候

湛江地处东亚南部，纬度低，日照强，且东南西三面受海洋围抱，所以，终年高温、长夏无冬、春早秋迟。温度的年变化不大，日变化也小。多年最高平均气温达到31。2℃。年平均相对湿度85%；3、4月份相对湿度接近90%。

2.1.1.2 现场设备安装环境

水处理现场变频器多安装于室外及一些水池底下泵房，夏季室外操作箱内部最高温度可达60℃，水池底下泵房空气流通不畅，湿度长期达到85%以上。

高温会电子元器件老化速度加快，气候潮湿使得电子板上的接续端子氧化加重，加上变频器启动及停运过程中，温差较大，电子元件容易产生结露现象，此两大原因会现场变频器寿命普遍缩短，自投运产后此类故障发生过12次，

2.1.2 自然环境应对措施

变频器使用说明书中对安装环境都有详细的要求，一般包括环境温度（如10~40℃）、环境湿度相对湿度不超过90%（无结露现象）。针对以上情况，可以从以下几个方面进行优化处理：

(1)改变变频器操作箱在现场的位置，就近寻找阴凉干燥处安装，或者在操作箱外增设一层防护罩，避免操作箱处于太阳直晒的高温状态；

(2)在水池底下泵房增设轴流风机，保证泵房空气流通，有条件的情况下可将操作箱移至开阔处，尽量降低变频器周围的环境湿度；

(3)从日常维护方面出发，做好日常操作箱的防护、封堵工作，避免由于操作箱空气对流而将大量的水汽带入操作箱内部，这是最基本的维护方法；

(4)做好日常检修协调工作，负载端检修时，由电气点检将操作箱内部负载电源线从端子上拆除，在负载停役期间变频器保持运行状态，避免温差过大引起的结露现象发生，此项操作须由电气专业人员执行，以免发生安全事故；

(5)、定期对变频器冷却装置进行解体，保障风扇稳定可靠，风口无堵塞情况。

通过以上几种日常维修手段可以，可以避免大部分维护不当而导致的故障发生，保证变频器的使用寿命，使变频器稳定运行。

2.2 电气控制回路干扰

2.2.1 水处理电缆敷设状态

水处理区域较大，很多设备离电气室较远，前期施工不规范，电缆沟内部电缆数量多，动力电缆、控制电缆距离较近，接地方式不合理，导致日常变频器干扰情况严重，因控制回路干扰的故障有9例，此类问题并非变频器本体故障，属于外部电气环境影响，此类问题是自动化领域普遍问题，需要通过先规范现场进线方式，再对单台设备进行验证才能最终改善。

2.2.2 电缆屏蔽层接地的两种方式

众所周知，电缆屏蔽层接地有两种方式：一点接地或两端接地。

对于通过电容耦合的电场干扰，一点接地即可大大降低干扰电压，发挥屏蔽作用。对于通过感应耦合的磁场干扰，一点接地不能起到屏蔽作用，只有两端都接地，其实根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》、《国网公司十八条反措继电保护实施细则》以及《华北电网继电保护基建工程验收规范》要求，电气控制电缆屏蔽线必须两端接地。上述国家规程、规范及反措要求电气控制电缆屏蔽线必须两端接地。但是所有电气控制电缆的屏蔽层不分场合的全部两端接地，这样的要求是否正确，是值得做进一步商榷和探讨的，经过多台机组的安装实践可以确定：从主控或网控到升压站的控制电缆的屏蔽层必须两端接地；但在主厂房内敷设的控制电缆屏蔽层最好是单端接地。其理由如下：从防止暂态过电压看,屏蔽层采用两点接地为好，两点接地使电磁感应在屏蔽层上产生一个感应纵向电流,该电流产生一个与主干扰相反的二次场,抵消主干扰场的作用,使干扰电压降低。从主控到升压站的控制电缆，由于其输入和输出均有一端在开关场的高压或超高压环境中,电磁感应干扰是主要矛盾,且电缆芯所在回路为强电回路因而屏蔽层电流产生的干扰信号影响较小,所以必须采用两点接地的方式。但是,两点接地存在两个问题：其一,当接地网上出现短路电流或雷击电流时,由于电缆屏蔽层两点的电位不同,使屏蔽层内流过电流,可能烧毁屏蔽层。其二,当屏蔽层内流过电流时,对每个芯线将产生干扰信号。所以对敷设在主厂房内的电气电缆,电磁感应干扰比较而言矛盾不突出,而两点接地产生的屏蔽层电流对芯线产生干扰有可能使装置误动,故宜采用一点接地。而热工自动化专业规定，热工控制电缆的屏蔽层要求一点接地，其道理也如同上所述。

2.2.3 基于现场实践的接地方式

通过以上理论来结合现场实际情况，本人总结出一套控制回路的进线方式：

数字量控制信号的控制电缆宜采用两点接地的接地方式，

模拟量控制信号的控制电缆宜采用一点接地的接地方式，

当然，最好的接地方式可由点检通过调整设备日常的运行模式进行验证，得出最稳定的接线方式。

2.3 启动模式设置不当

2.3.1 螺杆泵原理

污泥螺杆泵是一种单螺杆式输运泵,它的主要工作部件是偏心螺旋体的螺杆（称转子）和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套（称定子）。其工作原理是当电动机带动泵轴转动时,螺杆一方面绕本身的轴线旋转,另一方面它又沿衬套内表面滚动,于是形成泵的密封腔室。螺杆每转一周,密封腔内的液体向前推进一个螺距,随着螺杆的连续转动,液体螺旋形方式从一个密封腔压向另一个密封腔,最后挤出泵体。由于污泥螺杆泵输送的介质为泥浆，在长期使用过程后螺杆泵的转子、定子上会附着一些残余的污泥，使得转子、定子间的摩擦力大大增大。

2.3.3 现场实践

水处理螺杆泵启动过程中经常发生电机堵转，变频器过电流的故障现象。此问题一直困扰着现场污泥系统的正常运转，同类故障发生过不下于15次。本人在现场调试时发现一台5.5KW的螺杆泵，额定电流为12.9A，控制方式为V/F控制，给定频率为35HZ，当电机频率达到10HZ时其就达到实际电流为13.5A，电机一直堵转无法启动，变频器报过电流故障，通过将其控制方式改为矢量控制，启动电机瞬间就开始正常运转，频率达到35HZ时实际电流才9.3A。实践证明采用恒转矩的矢量控制方式非常适合螺杆泵。后期我们将矢量控制应用于所有污泥螺杆泵控制系统中，改变了污泥螺杆泵变频器故障率居高不下的状态。

当然关于变频器的控制方式还有更新型的直接转矩控制、VVC的控制等着我们去开发，这将是我们未来研究的方向。

结论

作为一名现场的设备维护工作者，当立足于岗位，做好设备的日常维护、保养工作，结合理论知识，研究设备工作原理，总结各类设备的保养与维护要点。对现场发生的问题进行剖析，发现问题，解决问题，近期设备管理的责任心，保障生产稳定运行，提升自身技能水平。

参考文献

[1]洪觉民，现代化净水厂技术手册，中国建筑工业出版社，2013。

[2]王永华，现代电气控制及PLC应用技术，北京航空航天大学出版社，2013。

[3]关于电缆屏蔽一点接地与两点接地的分析，百度。

[4]肖朋生、张文、王建辉，变频器及其控制技术，机械工业出版社，2008。

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