王端政（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

變頻器在大慶油田的應(yīng)用現(xiàn)狀及故障分析

王端政（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

為了解決變頻器在油田管理操作、高效運(yùn)行等方面問(wèn)題，對(duì)大慶油田變頻器使用情況進(jìn)行了調(diào)查，主要包括聯(lián)合站與轉(zhuǎn)油站的原油外輸、污水反沖洗、注聚及單井變頻這三大系統(tǒng)的變頻器故障情況。針對(duì)變頻器故障給出了相應(yīng)的分析和建議，可以提高變頻器的使用壽命，避免因變頻器的使用不當(dāng)給各個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)?yè)p耗。

變頻器 應(yīng)用現(xiàn)狀 高效使用

引言

變頻控制系統(tǒng)有閉環(huán)、開(kāi)環(huán)兩種方式，閉環(huán)控制方式主要用于輸油和污水反沖洗的變頻器系統(tǒng)，液位信號(hào)、流量信號(hào)控制變頻器輸出頻率。開(kāi)環(huán)控制方式用于注聚、單井采油裝置等。

變頻器控制系統(tǒng)通常由傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、控制器、變頻器、電動(dòng)機(jī)及被控制負(fù)載組成。傳感器用來(lái)感測(cè)被控設(shè)備中的被控參量，它可以是流量、液位、壓力、溫度等等，一般是利用傳感器將被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)[1]。然后變送器再將傳感器得到的電信號(hào)進(jìn)行處理，然后調(diào)整為0～10 V電壓信號(hào)或4～20 mA電流信號(hào)作為調(diào)解器的控制信號(hào)。調(diào)節(jié)器與控制器是一個(gè)由單片機(jī)或者PLC組成的微型控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯分析、數(shù)據(jù)判斷及功能計(jì)算。它擁有數(shù)字量與模擬量的輸入端和輸出端，可以在軟件控制下實(shí)現(xiàn)PID或模糊控制，還可利用數(shù)字量輸出端口操控?cái)?shù)臺(tái)電動(dòng)機(jī)調(diào)頻與工頻之間的切換等操作。以上說(shuō)明的控制系統(tǒng)都是閉環(huán)控制系統(tǒng)，有時(shí)針對(duì)一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)也采用開(kāi)環(huán)式控制系統(tǒng)[2]，當(dāng)系統(tǒng)被控參數(shù)發(fā)生偏差后，用手動(dòng)方式去調(diào)整變頻器給定值，從而改變被控參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)速度。

1 基本概況

1.1 變頻器運(yùn)行狀態(tài)

經(jīng)過(guò)調(diào)查，截至2011年3月1日，大慶油田共有各類(lèi)變頻器10 396臺(tái)。涉及變頻器控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商265家。其中，站（庫(kù)）安裝變頻器4997臺(tái)。正常投入使用，能夠利用變頻調(diào)節(jié)、節(jié)能作用的有3780臺(tái)，占總數(shù)的75.65%；滿負(fù)荷工作、工況不適合投用變頻器的有363臺(tái)，占總數(shù)的7.26%；工藝原因（如注入站停注）停用閑置的有566臺(tái)，占總數(shù)的11.33%；未投產(chǎn)或備用的有183臺(tái)，占總數(shù)3.66%。目前，變頻器或變頻控制系統(tǒng)故障待修的有105臺(tái)，占總數(shù)的2.10%。具體情況見(jiàn)表1。

表1 站（庫(kù)）變頻器分布

單井安裝變頻器5399臺(tái)。投入使用的有4767臺(tái)，占總數(shù)的88.30%；其中投入使用，但變頻器和電動(dòng)機(jī)功率匹配不合理，大功率變頻器拖動(dòng)小功率電動(dòng)機(jī)而使變頻器作用沒(méi)有充分發(fā)揮的有879臺(tái)，占總數(shù)的16.28%；小功率變頻器拖動(dòng)大功率電動(dòng)機(jī)致使變頻器無(wú)法投用的有288臺(tái)，占總數(shù)的5.33%；未投用（停產(chǎn)、工況不合適等）的有288臺(tái)，占總數(shù)的5.33%；變頻器故障待修的有344臺(tái)，占總數(shù)的6.38%。具體情況見(jiàn)表2。

表2 單井變頻器分布

1.2 變頻器的管理現(xiàn)狀

目前，各單位對(duì)變頻器的管理采取誰(shuí)安裝誰(shuí)負(fù)責(zé)、誰(shuí)使用誰(shuí)管理的原則。在日常維護(hù)方面，各單位針對(duì)實(shí)際情況相應(yīng)的制定了變頻器管理制度，由負(fù)責(zé)變頻器的管理部門(mén)定期檢查。日常保養(yǎng)和維護(hù)工作由崗位操作人員進(jìn)行維護(hù)；在維修方面，大部分單位的故障變頻器需要外委維修，維修任務(wù)由生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)。

2 變頻器存在的主要問(wèn)題

2.1 變頻器運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的故障

先期使用的變頻器已經(jīng)進(jìn)入故障期，如果有故障變頻器不能及時(shí)修復(fù)，對(duì)生產(chǎn)影響很大。通過(guò)此次調(diào)查，站庫(kù)安裝的變頻器使用時(shí)間超過(guò)5年的，占總量的48.3%，故障率16%；使用時(shí)間在五年內(nèi)的變頻器占總量的51.7%，故障率3%；單井安裝的變頻器使用年限較短，但野外環(huán)境惡劣，故障率約為12.9%。

2.2 變頻器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題

部分變頻器控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上存在缺陷?，F(xiàn)場(chǎng)很多變頻器功率與電動(dòng)機(jī)功率相同，而實(shí)際上變頻器應(yīng)該比電動(dòng)機(jī)大一個(gè)功率等級(jí)，這樣更有利于延長(zhǎng)變頻器使用壽命；926套變頻控制系統(tǒng)沒(méi)有工頻和變頻切換功能，一旦變頻器出現(xiàn)故障，將影響生產(chǎn)。

3 變頻器應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 聯(lián)合站與轉(zhuǎn)油站的原油外輸系統(tǒng)

原油外輸系統(tǒng)由顯示控制器、變頻控制柜、可編程控制器（PLC）、液位表、液位變送器組成。液位表或PLC把設(shè)定值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)來(lái)控制變頻器，借此使變頻器改變電動(dòng)機(jī)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。液位變送器測(cè)量的實(shí)際液位與設(shè)定值相比較，然后修正液位表或PLC的輸入值，使整套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。原油外輸系統(tǒng)常見(jiàn)故障有：

1）液量突然增多，變頻器滿負(fù)荷工作，長(zhǎng)期保持工作在45～50 Hz狀態(tài)，帶載能力下降，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。

2）泵與電動(dòng)機(jī)檢修后，電動(dòng)機(jī)輸出軸與泵軸不同心，負(fù)載增大，變頻器過(guò)載保護(hù)。

3）變頻器選型不當(dāng)，容量不足（變頻器容量一般為1.3～1.5倍電動(dòng)機(jī)容量），加速電子器件老化，變頻器過(guò)流保護(hù)。

4）液位表或者PLC損壞，導(dǎo)致變頻器不能實(shí)現(xiàn)控制。

5）積灰嚴(yán)重，變頻器內(nèi)部熱量無(wú)法散出，致使變頻器過(guò)熱保護(hù)。

6）站內(nèi)外輸管線單流閥損壞，變頻器負(fù)載過(guò)大，過(guò)載保護(hù)。

3.2 污水反沖洗系統(tǒng)

反沖洗變頻系統(tǒng)由流量表、變頻控制柜、可編程控制器（PLC）、微機(jī)或觸摸屏組成，實(shí)現(xiàn)反沖流量的梯度調(diào)節(jié)和反沖時(shí)間的控制，使反沖洗達(dá)到要求。反沖洗變頻系統(tǒng)常見(jiàn)故障有：

1）PLC、微機(jī)或觸摸屏故障，變頻器無(wú)法進(jìn)行反沖洗操作。

2）長(zhǎng)期滿負(fù)載工作，電子器件老化，變頻器與電動(dòng)機(jī)功率余量不足。

3）積灰嚴(yán)重，變頻器內(nèi)部熱量無(wú)法散出，致使變頻器過(guò)熱保護(hù)。

3.3 注聚及單井變頻系統(tǒng)

注聚及單井變頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般只需要1臺(tái)變頻器帶1臺(tái)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的變頻器啟、停功能即可。注聚及單井變頻系統(tǒng)常見(jiàn)故障有：

1）注聚站環(huán)境一般較潮濕，對(duì)線路及變頻器內(nèi)部器件都會(huì)有很大影響。

2）有些注聚站會(huì)出現(xiàn)2臺(tái)變頻器同時(shí)向1口井注聚，單流閥損壞，導(dǎo)致其中1臺(tái)變頻器過(guò)載保護(hù)。

3）注聚站變頻器24 h運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)扇損壞加上積灰嚴(yán)重，致使熱量不能及時(shí)散發(fā)出去，變頻器過(guò)熱保護(hù)。

4）單井變頻器在室外放置，冬天長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后，可能由于氣溫低無(wú)法正常啟動(dòng)。

4 建議

1）操作人員要熟知變頻控制柜上指示燈、指示表、開(kāi)關(guān)、按鈕的作用，并掌握變頻器的狀態(tài)；出現(xiàn)變頻器故障時(shí)，要及時(shí)將電動(dòng)機(jī)切換到工頻工作狀態(tài)；變頻器出現(xiàn)故障后，及時(shí)記錄故障信息并真實(shí)反映給管理和維修人員；變頻器出現(xiàn)故障，不要盲目再次送電，要判斷故障后才能送電。

2）維修工作人員要定期對(duì)變頻器進(jìn)行清灰處理，并且要保持變頻器內(nèi)部清潔、風(fēng)道暢通，周?chē)h(huán)境的清潔、干燥；在變頻器出現(xiàn)故障報(bào)警后不要盲目重新啟動(dòng)，要檢查完外部負(fù)載及電氣設(shè)備無(wú)問(wèn)題后，再檢測(cè)變頻器主要器件，如果沒(méi)有問(wèn)題，按照操作要求啟動(dòng)變頻器。

[1]倪潮鵬.變頻調(diào)速技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用[J].日用電器,2006（5）:53-56.

[2]蘇丹.變頻器在中央空調(diào)循環(huán)水冷卻塔中的節(jié)能應(yīng)用方案[J].經(jīng)營(yíng)管理者,2013（28）:21-23.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.019

2015-03-20）

王端政，2010年畢業(yè)于大慶師范學(xué)院（計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)），從事油田儀表系統(tǒng)變頻器管理工作，E-mail：286961834@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠儀表安裝維修大隊(duì)油田自動(dòng)化室，163453。