油田变频器常见故障分析与处理

杜思慷

（大庆油田有限责任公司第六采油厂，黑龙江 大庆 163000）

油田变频器不仅能够实现有效变频调速，还具有较高的稳定性和较低的故障率，结构也较为简单，因此油田变频器在石油生产中得到了广泛应用，通常被用于单螺旋杆泵等泵类、抽油机、风机类等诸多位置。对油田变频器故障的研究不仅有助于提高故障处理的手段，还能够保证设备的稳定运作，进而确保石油生产的效益。

1 油田变频器概述

油田变频器是一种能够对变速交流异步电动机进行控制的节电技术，由于其具有无级调速、启动电流下小、可实现软启动软停止等多方面的优势，因此在石油生产中有着十分广泛地应用，在油田的节能控制中发挥着十分重要的作用。油田变频器的工作原理是通过半导体电力变流器对电动机进行变频调速控制，目前油田变频器中的控制核心通常是16 位或32 位单片机，进而实现更加高效的全数字化控制。油田变频器出现故障时其维修工作要比直流的维修更加复杂，在故障出现之后企业的一般电气人员很难进行故障处理。

2 油田变频器常见故障

油田变频器的实际工作环境通常为野外环境或者其他一些较为简易、特殊的环境，运作的可靠性会受到多方面因素的影响，因此需要对油田变频器的常见故障进行总结分析进而获得一套通用性较强的处理方法，帮助快速进行故障排除，保障油田生产。油田变频器的常见故障可以分为9 种类型，包括了参数设置类故障、过压类故障、类故障、过载类故障、欠压类故障、过热类故障、输出不平衡类故障、外围控制电路器件故障以及其它类故障。

3 常见故障的处理措施

（1）参数设置类故障。参数设置会直接影响到变频器对用户系统的支撑，在参数设置错误的情况下变频器是无法正常运作的。变频器在出厂时有一个默认参数值，即工厂值，但通常情况下基于工厂值通过面板操作是难以满足用户系统的需求，为了保证变频器的正常运作，就需要根据实际情况和用户系统自身的需求对默认参数值进行重新设置，对参数的重新设置主要包括了以下四方面内容：①对功率、电流、电压、转速、最大频率等参数的重新设置；②根据控制精度对控制方式进行行静态或动态辨识；③根据实际需求对启动方式进行设置；④进行给定信号的选择。出现变频器参数设置类故障时，首先应该依据说明书进行参数设置的修改，如果仍然有故障存在，可以将变频器的所有参数进行出厂值恢复再依据实际情况重新设置。

（2）过压类故障。油田变频器运作时过电压集中于直流母线，而油田变频器可承受的直流电压值是有上限的，如果电压突破可承受的最高值则会造成变频器的损坏进而导致故障的发生，为了保护变频器的正常运作会设置过电压保护环节，这种情况下当发生过电压时，直流母线的储能电容会被充电，而在电压升高到760V左右时，油田变频器会出现停机的情况。这也就意味着油田变频器需要保持一个合理的工作电压，如果工作时的直流电压值大于这个范围的最高值，则会造成变频器故障。

此外，导致油田变频器过压类故障的原因主要有输入交流电源过压和发电类过压两种，在负载较小时通常会发生输入交流电源过压，而在点击同步转速大于实际转速且变频器缺少制动单元的情况下会出现发电类过压，实际情况中，发电类过压导致的变频器过压类故障的概率是高于输入交流电源过压导致的变频器过压类故障。

面对导致变频器出现过压类故障的不同原因，有针对性地采取的具体措施也不相同。如果变频器是能量消耗性，处理手段是在直流回路中并联制动电阻，进而实现对功率管通断的控制。为了避免直流电压的升高，当直流目前的电压超过700V 的预警值之后，功率管导通，再生能量通入电阻并且被逐渐消耗。如果变频器是能量回馈型，则能够通过可逆变流器把再生能量回馈到电网进而实现再生能量的完全利用，能量回馈型变频器对电源稳定性有着较高的要求，如果出现突然停电的情况则会导致逆变颠覆。正常情况下，油田变频器都有制动电阻等单元，来避免出现因为直流母线过压而导致触发过电压保护引起的停机，如果出现了这一情况，在进行故障处理时就需要对制动电阻等电压抑制的接线进行检查，此外还需要对开关器件的运作状态和过电压保护的整定值进行检查。

（3）过流类故障。过流类故障在油田变频器的实际运作中通常表现为在进行设备的重新启动时出现升速跳闸的问题、出现上电就跳闸的问题以及出现重新启动之后加速时跳闸的问题。油田变频器过流类故障出现的原因主要有加速时间过短、输出短路以及负载突变、负荷不均等。在进行过流类故障的处理时可以相应地采取措施，针对减速时间过短可以增加加速时长，输出短路就做好线路的检查工作，负荷不均就需要对负荷的分配进行优化，此外还可以采取外加能耗制动元件等手段。当在负载被断开的情况下依然有过流类故障出现，通常是出现了逆变电路损坏的情况，这时应该及时对油田变频器进行更换。

（4）过载类故障。油田变频器的过载类故障一般情况下有变频过载和机电过载两种类型，因此在出现过载类故障时应该优先对过载位置进行分析判断，明确过载的位置是马达过载还是变频器自身过载，根据对实际运作中的出现的故障进行总结分析之后发现，通常出现的是变频器自身过载。

在进行过载类故障的处理时，通常采用的是提高加速和制动的时间，并做好对电网电压的检查工作的处理方式。此外，机械润滑性能较差、电机和变频器的负载能力较差等也会导致过载类故障，如果是机械润滑性能差引起的故障就需要进行生产机械的检修，如果是电机和变频器的负载能力引起的故障则需要对电机和变频器进行更换，提高设备的功率。在面对过载类故障时可以通过对故障易发点进行检测来逐步排除故障。

（5）欠压类故障。这类型故障出现的原因通常是变频器电压输入出现问题，通常情况下是由于主回路的电压过低，比如在220V 系列中主回路电压小于200V。在进行欠压类故障的处理时首先需要对究竟是整流桥损坏导致的故障还是可控硅、接触器或控制回路以及电源部分引起的故障，在对故障原因进行排查分析之后，确认是否需要更换新的部件。

（6）过热类故障。导致油田变频器出现过热类故障，往往是控制柜的温度超出正常值，主控制电路板的直流冷却风扇处于非正常运作的状态，这类型故障通常发生在温度较高的夏季，主要处理手段是对直流冷却风扇进行更换。

（7）输出不平衡类故障。这类型故障在油田变频器实际运作中的具体表现主要是马达抖动以及出现转速不稳的现象，导致故障出现的原因包括了模块的损坏、电抗器的损坏等，在进行故障处理时需要首先对故障原因进行判定，对驱动电路、电抗器等故障易发点进行检查，找到故障点之后进行新品的更换。

（8）外围控制电路器件故障的处理。外围控制电路器件故障的具体表现包括了空气开关故障、保险丝熔断、交流接触器故障等诸多方面，这种故障意味着变频器本身处在正常运作状态，但是控制电路器件出现了故障。在进行外围控制电路器件故障的处理时首先应该对故障进行明确，即确认变频器无故障而外围控制电路器件的运作出现问题，明确故障问题之后需要对外围控制电路器件进行全面的检查，找到故障器件并用新品将故障器件替换。

（9）其他故障。其他故障是指除了以上8 种故障之外的，电源电路故障、充电电路故障以及其他一些硬件故障，其他类故障中最容易在实际情况运作里出现的是电源电路故障以及调速电位器出现故障，前者出现的原因主要是由于在野外环境中油田电网的供电质量难以保证，容易出现供电不稳定引起的主控制电路板保险管或者电源电路被烧坏，后者出现的原因主要是人为的操作失误或者现场操作过于频繁进而导致调速电位器失效。在进行故障处理时，可以通过更换电路板、更换调速电位器等方式解决故障。如果出现了操作面板故障，可以对连接线路、接头等位置进行检查，确认是否出现断路、接头松动等问题，如果以上问题都未出现，则需要确认是否有操作键操作锁定。

4 结语

油田变频器在油田生产中发挥着十分重要的作用，为了保证油田生产的效益就需要确保油田变频器的工作状态，因此需要对油田变频器的操作进行规范，并做好相关管理维护工作，检修人员也需要不断提高自身的专业知识和实际处理故障的能力，并且积极通过实践来进行经验的累积，强化自身的工作能力，一旦出现故障能够快速排除，进而保证油田生产。本文对常见的9 种油田变频器故障以及故障出现的原因和相关处理手段进行了简要的分析，希望能够为实际的故障处理工作提供参考。