一、變頻器的節(jié)能原理

    1、變頻節(jié)能

    變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿(mǎn)負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過(guò)調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門(mén)的截流過(guò)程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過(guò)降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿(mǎn)足要求。

    由流體力學(xué)可知，P（功率）＝Q（流量）×H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。所隊(duì)當(dāng)所要求的流量Q減少時(shí)，可調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n按比例降低。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率P將按三次方關(guān)系大幅度地降低，比調(diào)節(jié)擋板、閥門(mén)節(jié)能40％一50％，從而達(dá)到節(jié)電的目的。

    例如：一臺(tái)離心泵電機(jī)功率為55千瓦，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時(shí)，其耗電量為28.16千瓦，省電48.8％，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的l／2時(shí)，其耗電量為6.875千瓦，省電87.5％。

    2、功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能

    無(wú)功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無(wú)功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

    3、軟啟動(dòng)節(jié)能

    電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門(mén)的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，比較大值也不超過(guò)額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門(mén)的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

二、孤東采油廠變頻器在用情況

    目前孤東采油廠在用各種變頻器達(dá)到480余臺(tái)，其中三采中心270余臺(tái)，采油一礦45臺(tái)，采油二礦13臺(tái)，采油三礦22臺(tái)，采油四礦43臺(tái)，新灘試采礦57臺(tái)，集輸大隊(duì)27臺(tái)。主要有美國(guó)的ABB、羅賓康，日本的富士、安川、三肯、東芝和日立，德國(guó)的西門(mén)子。目前國(guó)產(chǎn)變頻在控制技術(shù)和功能上，已取得了顯著的進(jìn)步和成就，所以近兩年來(lái)油廠國(guó)產(chǎn)變頻器的數(shù)量正逐步提高，主要有春日、森蘭和煙臺(tái)惠豐等品牌。

三、目前主要存在問(wèn)題

    孤東采油廠技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督站自2005年開(kāi)展了變頻器維修工作，先后組織了現(xiàn)場(chǎng)維修150臺(tái)次，總功率達(dá)到5800千瓦。從維修情況來(lái)看，變頻器發(fā)生故障或損壞的特征，一般可分為兩類(lèi)：一種是在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)的自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象，并伴隨著一定的故障顯示代碼，其處理措施可根據(jù)隨機(jī)說(shuō)明書(shū)上提供的指導(dǎo)方法，進(jìn)行處理和解決。這類(lèi)故障一般是由于變頻器運(yùn)行參數(shù)設(shè)定不合適，或外部工況、條件不滿(mǎn)足變頻器使用要求所產(chǎn)生的一種保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象；另一類(lèi)是由于使用環(huán)境惡劣，高溫、導(dǎo)電粉塵引起的短路、潮濕引起的絕緣降低或擊穿等突發(fā)故障（嚴(yán)重時(shí)，會(huì)出現(xiàn)打火、爆炸等異常現(xiàn)象）。  具體表現(xiàn)為：

    1、變頻器主控電路故障。主要包括主板，電源板，逆變器、濾波電容等主控電路損壞。

    2、變頻器冷卻直流風(fēng)扇故障。風(fēng)扇屬于易損件，工作壽命在2—5年，但是因?yàn)樽冾l器種類(lèi)繁多，功率大小不同所以?xún)?nèi)部直流風(fēng)扇額定電流不同而不通用，部分風(fēng)扇損壞后因?yàn)槿狈浼o(wú)法及時(shí)更換。

    3、變頻器外圍控制器件故障。變頻柜內(nèi)變頻器本身無(wú)故障，但外部控制電路系統(tǒng)發(fā)生故障。由于使用年限較長(zhǎng)，且控制電路又比較復(fù)雜，既沒(méi)有電路圖，又沒(méi)有線號(hào)，線路多而且復(fù)雜，給維修造成不便。

    4、變頻柜設(shè)計(jì)不合理，內(nèi)部過(guò)于狹窄，散熱通風(fēng)效果差，導(dǎo)致散熱不良。部分變頻器工作環(huán)境比較惡劣，風(fēng)沙及塵土集聚較多，嚴(yán)重影響了變頻器的正常運(yùn)行，甚至造成停機(jī)故障。變頻柜散熱導(dǎo)流風(fēng)扇屬于易損件，壽命一般在2年左右，但是大部分變頻柜散熱風(fēng)扇損壞后，沒(méi)有及時(shí)更換，造成散熱不良，造成變頻器工作穩(wěn)定性差、老化加劇、過(guò)熱報(bào)警頻發(fā)等現(xiàn)象發(fā)生。

    5、變頻器日常維護(hù)工作跟不上。操作人員對(duì)變頻路基本操作及一些基本參數(shù)設(shè)置不了解，使用過(guò)程中不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

    6、“小馬拉大車(chē)”問(wèn)題。由于當(dāng)時(shí)投產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)的工作條件下限制，設(shè)計(jì)安裝時(shí)為節(jié)省資金，許多地方都有采用了變頻功率小于電機(jī)額定功率，但隨著工藝生產(chǎn)條件的變化，出現(xiàn)“小馬拉大車(chē)”問(wèn)題，造成變頻器不能正常運(yùn)行。如一號(hào)聯(lián)水外輸、三號(hào)聯(lián)提升和KDl8號(hào)站注水等。

四、變頻器的主要故障原因及預(yù)防措施

    由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理，將容易造成變頻器誤動(dòng)作及發(fā)生故障，或者無(wú)法滿(mǎn)足預(yù)期的運(yùn)行效果。為防患于未然，事先對(duì)故障原因進(jìn)行認(rèn)真分析顯得尤為重要。變頻器在正常使用6—10年后，就進(jìn)入故障的高發(fā)期，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)元器件燒壞、失效、保護(hù)功能頻繁動(dòng)作等故障現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其正常運(yùn)行。

    1、外部的電磁感應(yīng)干擾易造成故障

    如果變頻器周?chē)嬖诟蓴_源，它們將通過(guò)輻射或電源線侵入變頻器的內(nèi)部，引起控制回路誤動(dòng)作，造成工作不正常或停機(jī)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞變頻器。在外部采取噪聲抑制措施，消除干擾源顯得非常必要。具體解決辦法有：一是盡量縮短控制回路的配線距離，并使其與主線路分離；二是變頻器接地端子應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行，不能同電焊、動(dòng)力接地混用；三是變頻器輸入端安裝噪聲濾波器，避免由電源進(jìn)線引入干擾。

    2、環(huán)境問(wèn)題造成的故障

    變頻器屬于電子器件裝置，在其規(guī)格書(shū)中有詳細(xì)安裝使用環(huán)境的要求。振動(dòng)是對(duì)電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因，對(duì)于振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合，應(yīng)采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導(dǎo)體器件，應(yīng)根據(jù)裝置要求的環(huán)境條件安裝空調(diào)或避免日光直射。

    定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風(fēng)扇是非常必要的。目前采油廠在用變頻器的冷卻風(fēng)扇損壞比較嚴(yán)重，而且部分變頻工作環(huán)境比較差，嚴(yán)重影響散熱及空氣流通，導(dǎo)致變頻器在高溫季節(jié)易跳閘、過(guò)熱報(bào)警。

    3、參數(shù)設(shè)置及設(shè)備引起的故障

    故障主要發(fā)生在注聚泵用低壓變頻器，故障主要表現(xiàn)為起動(dòng)時(shí)并不立即跳閘，而是在運(yùn)行過(guò)程中跳閘。可能的原因有：

（1）泵工作狀態(tài)不穩(wěn)定；
（2）管線壓力過(guò)大；
（3）升速時(shí)間設(shè)定太短；
（4）降速時(shí)間設(shè)定太短；
（5）轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償設(shè)定較大；
（6）引起低速時(shí)空載電流過(guò)大；
（7）電子熱繼電器整定不當(dāng)，動(dòng)作電流設(shè)定得太小、引起誤動(dòng)作。

     4、主板及主電路的故障

    由于使用年限較長(zhǎng)和一些突發(fā)原因，而造成主板及主電路損林，此類(lèi)故障發(fā)生必然造成元器件的損壞和報(bào)廢，是變頻器維修費(fèi)用的主要消耗部分。主要有：

（1）整流塊的損壞；
（2）充電電阻損壞；
（3）逆變器模塊燒壞；
（4）濾波電容的損壞；
（5）主板、電源板損壞。

    5、維護(hù)不當(dāng)造成的故障

    大部分變頻器過(guò)熱報(bào)警故障，除了冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇損壞的原因外，還有一個(gè)主要原因，就是日常維護(hù)的缺乏，變頻器散熱器灰塵積攢嚴(yán)重，影響散熱。

五、幾點(diǎn)建議

    l、規(guī)范變頻設(shè)備進(jìn)入渠道，建立準(zhǔn)入制度。

    目前孤東采油廠變頻器品種繁多，各種變頻器之間器件并不通用，造成了備料困難，增加了成本利維修的難度，因此建議規(guī)范變頻設(shè)備進(jìn)入渠道，建立市場(chǎng)準(zhǔn)入制度減少引進(jìn)變頻器的品牌種類(lèi)，降低后期維護(hù)、維修成本。

    （1）限定品牌范圍

    限定品牌范圍，如近年來(lái)在孤東采油廠內(nèi)出觀故障率低，運(yùn)行可靠的某些品牌。建議規(guī)范為富士、ABB、森蘭等品牌。

    （2）規(guī)范引入渠道

    規(guī)范引入渠道，對(duì)引入設(shè)備的廠家技術(shù)力量售后服務(wù)進(jìn)行考察，對(duì)新引入變頻設(shè)備驗(yàn)收時(shí)要求資料配備完整，包括線路圖、說(shuō)明書(shū)等，便于以后出現(xiàn)故障進(jìn)行維護(hù)。

    2、建立變頻器日常保養(yǎng)制度

    對(duì)變順器的管理進(jìn)行規(guī)范，由專(zhuān)人負(fù)責(zé)對(duì)變頻設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)。日常維護(hù)保養(yǎng)的具體內(nèi)容可以分為：

    （1）運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，故障記錄：

    定期測(cè)量變頻器及電機(jī)的遠(yuǎn)行數(shù)據(jù)，包括變頻器輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，變頻器內(nèi)部直流電壓，散熱器溫度等參數(shù)。與合理數(shù)據(jù)對(duì)照比較，以利于早日發(fā)現(xiàn)故障隱患。變頻器如發(fā)生故障跳閘，務(wù)必記錄故障代碼和跳閘時(shí)變頻器的運(yùn)行工況，以便具體分祈故障原因。

    （2）變頻器日常檢查：

    每?jī)芍苓M(jìn)行一次，檢查記錄運(yùn)行中的變頻器輸出三相電壓，并注意比較它們之間的平衡度；檢查記錄變頻器的三相輸出電流，并注意比較它們之間的平衡度；檢查記錄環(huán)境溫度，散熱器溫度；察看變頻器有無(wú)異常振動(dòng)，聲響，風(fēng)扇是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

    （3）變頻器保養(yǎng)：

    每臺(tái)變頻器每季度需要清灰保養(yǎng)1次。保養(yǎng)要清除變頻器內(nèi)部和風(fēng)路內(nèi)的積灰、臟物，將變頻器表面擦拭干凈，變頻器面板要保持清潔光亮；在保養(yǎng)的同時(shí)要仔細(xì)檢查變頻器，察看變頻器內(nèi)有無(wú)發(fā)熱變色部位，阻尼電阻有無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象，電解電容有無(wú)膨脹漏液防爆孔突出等現(xiàn)象，PCB板有否異常，有沒(méi)有發(fā)熱燒黃部位。