長輸泵高壓變頻器突停及處理*

尹巖，孫鐵

（1.中國石油撫順石化公司儲運廠，遼寧撫順113001；2.遼寧石油化工大學，遼寧撫順113003）

長輸泵高壓變頻器突停及處理*

尹巖1，孫鐵2

（1.中國石油撫順石化公司儲運廠，遼寧撫順113001；2.遼寧石油化工大學，遼寧撫順113003）

以撫鲅成品油管線長輸油泵變頻器所出現的突停故障為例，介紹了變頻器突停后出現的反轉故障和不能啟動現象，分析了高壓變頻器在零點控制上的缺陷，并提出解決此類故障的方法。

高壓變頻器；零點飄移；調試

機泵流量調節功率損失最小方式是轉速調節，通過調節驅動泵電動機轉速來實現流量調節[1]。變頻器是目前調節機泵轉速最有效的電氣設備，其性能的優劣直接關系到整個管輸系統的安全和可靠。因此變頻器一經問世便引起了國內外電氣傳動界的普遍關注，現已成為具有發展前景和影響力的一項高新技術產品。現代變頻器以低損耗、高效率及電路簡潔等顯著優點而受到人們的青睞，并廣泛地應用在電氣傳動控制系統和家用電器中。因此隨著工業自動化產業的高速發展，變頻器的應用日益廣泛，只有充分掌握變頻器的技術特性，才能擁有將變頻器應用到工程實踐中的理論基礎。確保采有變頻器的電氣傳動控制系統具有高性能比、最簡的外圍電路、最佳的性能指標。而對于實際生產用戶來講，變頻器故障的分析與診斷才是維護和維修變頻器所必需的，也是變頻器能在實際安全穩定運行的前提[2]。

撫順石化歷經8年時間建成了撫順首站至營口鲅魚圈成品油管線。撫鲅線成品油管線設計年輸送能力240萬t/a。經過多次技術改造后，實際輸油能力可達到400萬t/a。主輸輸油動力來源于長輸油泵，由串聯的三級泵組成，后兩級2004年改造后采用的是美國蘇爾壽公司生產的中開四級泵，配套電機630 kW。為了方便管線輸油量的調節，在第三級泵（4#泵后同）安裝變頻調速器，采用的是美國公司生產的完美無諧波系列高壓變頻器[3]。但在實際生產投用中，存在突然斷電和其它原因導致的變頻器突停后，會出現異常,給設備安全和生產安全構成嚴重威脅，如何分析和解決此類問題是至關重要的。高壓變頻器與電機連接原理圖見圖1。

1 變頻器突停故障

變頻器是由眾多半導體電子元件、電力電子元件和電品元件組成的復雜裝置，其結構多采用單元或模塊化形式。由主回路、邏輯控制回路、電源回路、驅動保護回路和冷卻系統構成。盡管變頻器采用多種新型部件和優化結構，從目前的元件技術水平和經濟性考慮，可靠性仍然遵循著“浴盤曲線”特性[2]。在已知的變頻器故障中，如下種類比較常見：變頻器過欠電壓故障、變頻器過載故障、變頻器電流顯示誤差故障、變頻器參數設置類故障、變頻調速電機過熱故障和調速系統故障診斷與處理。對于變頻器瞬時停電所造成的異常，國內還較少涉及[4]。

1.1 變頻器突停理論控制

變頻器對于數毫秒以內的停電，控制電路工作正常。但瞬時停電達到數10 ms以上時，則通常不僅控制電路誤動作，主電路也不能供電，變頻器將停止工作。對于瞬時停電后要求變頻器調速系統繼續運行的，則應在系統設計時選擇具有瞬間停電功能的變頻器，外部控制回路應瞬停補償方式和測速單元。當電源恢復后，通過速度追蹤和測速電動機的檢測來防止過電流[5]。由此可見，理論控制方法傾向于如何防止停電的發生和復電后如何保護電機和變頻器。從實踐生產來看，在變頻器由于突然斷電出現停止運行后，再重新啟動這個過程中，無論是手動（Manual）、面板操作（Keyboard）還是閉環自動（Auto），都會出現變頻器反轉至最大速。反轉對于功率超過600 kW以上大電機和機泵，均是致命的和無法接受的故障。

1.2 高壓變頻器突停故障

某年3月，由于中間站非正常停泵造成長輸管線水擊。為了保護輸油泵不受回壓水擊的損壞，自控系統保護性跳停4#主輸泵中壓供電（6 000 V），變頻器分別在AUTO模式91%和88%狀態下非正常停止2次。而兩次再啟動變頻器時發生了不能啟泵和反轉的問題，經過現場調試處理結果如下：

1.2.1 變頻器啟動調試經過：

（1）晨4點06分，首站第三級長輸油泵（4#）停；

（2）上午10點，遠控啟動4#泵，無法啟動；

（3）上午10點05分，泵房現場啟動4#泵，無法啟動；

（4）上午10點10分，變頻器面板啟動，4#泵反轉，現場急停；

（5）上午11點15分，變頻器面板啟動，4#泵空載運行，11點45分停機；

（6）中午12點45分，遠控啟動4#電機空載運行，13點10分停；

（7）下午14點10分，現場手動啟動至100%，下午14點25分降至50%停機正常；

（8）下午14點45分，遠控啟4#至100%，下午15點降至50%停機正常；

（9）下午15點52分，正常帶載遠控啟動4#主輸泵。

1.2.2 啟動異常初步分析

由上面經過可以得知，變頻器啟動異常主要存在兩個狀態。一個是不啟動；一個是反轉。下面從變頻器系統內部調試數據入手，再分別加以分析：

變頻器調試相關結果：（調試報告）

解讀以上數據設置：

數據輸入設為1#2#（指變頻器用戶接線口）

數據輸入類型為4～20 ma

最低的對應轉速比例：0%

最高的對應轉速比例：100%

當入口信號丟失輸入變為0%時

變頻器對于丟失信號采用保持狀態

1.2.3 遠控及現場不能啟動的分析

通過變頻器上面的設置可以得知：由于變頻器是在自控運轉條件下被SCADA系統強行斷開中壓輸入，低壓控制部分功能采取FIX（固定）通訊保持（用戶手冊6-14）。按“那里啟動那里操控變頻器”的原則[1]，現場手動及面板在遠控的操作比例數未降下前，無論從現場還是再次輸入啟動指令都不會引發任何操作指令。

1.2.4 機泵急速反轉的問題

死區的設置

模擬量給定的正、反轉功能參考宜昌市自動化研究所張燕賓的《變頻器功能解析》中相關部分。用模擬量給定信號進行正、反轉控制時，“0”速控制很難穩定，在給定信號為“0”時，常常出現正轉或反轉的“蠕動”現象。為了防止這種“蠕動”現象，需要在“0”速附近設定一個死區ΔX，使給定信號從-ΔX到＋ΔX的區間內，輸出頻率為0 Hz。這樣就有一個涉及有效“0”的功能。在給定信號為單極性的正、反轉控制方式中，存在著一個特殊的問題。即，萬一給定信號因電路接觸不良或其他原因而“丟失”，則變頻器的給定輸入端得到的信號為“0”，其輸出頻率將跳變為反轉的最大頻率，電動機將從正常工作狀態轉入高速反轉狀態。十分明顯，在生產過程中，這種情況的出現將是十分有害的，甚至有可能損壞生產機械[4]。

由于SCADA系統設置水擊保護直接停止變頻器中壓供電，而變頻器控制系統在檢測不到輸入電壓時自動啟動故障保護程序，直接導致從遠傳系統輸入自身信號丟失。面板啟動給定信號為0（即給出4 ma電流信號時），此變頻器直接將輸出功率跳變為反轉頻率。由于如儲運廠所應用的高低高變頻器，盡管采用了新一代故障保護系統，但在這個有效“0”功能技術方面還有待提高，這也是由大量集成電器元件設備自身特性決定的。

綜上所述，變頻器作為一個大量集成電器儀表元件的設備，存在著0點難控制的通病。雖然生產廠家設置了4～20 ma輸入信號來對應轉速0%～100%，即如圖2（b）示。但在電流屬于0～4 ma區間仍然有一個反轉區間，轉速由0反轉到fmin。在與供貨廠家技術協議中，儲運廠對產品要求“在輸入4～20 mA給定信號丟失時，變頻器能保持原運行工況不變，一旦給定信號恢復有效時，變頻器可以自動無擾地跟蹤給定信號運行”[6]。但現場高壓變頻器并不能達到這一要求。

3 解決方案

3.1 完善系統解決法

對于要求必須連續運行變頻調速系統，對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置[7]。這個方案核心是不間斷供電電源。對于網間電壓常停和不穩的工作條件來講，是必要解決辦法。高壓變頻器對電網波動10%之內是極強的適應性的，但解決突停問題還是要求輸油站配備穩定的雙回路供電系統。對于在同一回路中存有直接啟動的大電動機和電弧爐，生產單位一定要避免在同一配電變壓器內供電。

3.2 用戶簡易解決法

在現場調試培訓過程中，廠家建議升降速要按速度斜線來操作。這樣就會避免出現“0”功能保護不足的問題。但在儲運廠根據自身特點安裝水擊保護等設置后，任何網絡和保護的非正常變頻器停機，都會引發變頻器內部故障保護從而引發“0”跳反轉頻率的問題，這也是生產廠家沒有考慮到的方面。因此，把SCADA水擊保護由直接斷開變頻器中壓電輸入方式改為將變頻器降至50%使用，這樣發生水擊時，不僅保護了機泵還保證變頻器的安全。也方便了日常生產操作和維護。目前生產中變頻器的非正常停機，按下面的操作使變頻器恢復正常。從技術角度上講，與廠家探討關于高低高變頻器的有效0功能問題及非正常停機的恢復問題。如下是高壓變頻器恢復操作步驟。

（1）在變頻器面板上按[AUTOMATIC]鍵，使遠控比例數降至50%；

（2）變頻器停機重新初始化；

（3）在變頻器面板上進行開機[MANUL START ]，然后在面板上關機[MANUL STOP]。現場監視是否正轉。

（4）變頻器停機重新初始化；

（5）檔位打到自動檔位，實現遠程啟動機泵（調度啟機）。

（6）前3步建議將機泵對輪解開，調試順利在第4步安裝機泵對輪，即可投入正常使用。

4 結束語

隨著變頻器在管輸企業的大規模推廣應用，越來越成為管道技術中不可缺少的環節。國內對于變頻器這種突停后出現的異常現象和處理方法還較少研究，相關介紹文獻資料也較少。儲運廠按上述方法，已經多次解決了由于變頻器突停帶來的故障，縮短了停工時間，也避免專業人員現場服務的費用。同時也使設備管理人員在實際操作中能更深程度地了解掌握高壓變頻器性能。因此，對變頻器所存在的故障現象進行深入探究，對于搞好油品管道運輸事業來講是件很有意義的事情。

[1]孫鐵.煉油廠動設備[M].北京：中國石化出版社，2005.

[2]周志敏，周紀海，紀愛華.變頻器工程應用/電磁兼容/故障診斷[M].北京：電子工業出版社，2005.

[3]中油撫順石化公司.中油撫順石化分公司儲運公司首站630 kW輸油泵高壓變頻器裝置技術協議[R].撫順：撫順石化儲運廠，2004.

[4]美國羅賓康公司.空冷型完美無諧波系列NBH高壓變頻器用戶手冊，902232-C[M].美國：美國安塞羅賓康公司，2004.

[5]周志敏.中壓變頻主流技術發展方向[J].機床電器，2001（2）：26-51.

[6]張燕賓.變頻器功能解析[J].變頻器世界，2007（6）：138-144.

[7]西門子公司.標準驅動產品通信手冊[M].美國：美國西門子公司，2005.

Sudden Shutdown of High-Voltage Transducer of Heavy Duty Pump and Corresponding Countermeasures

YIN Yan1，SUN Tie2
（1.Fushun petrochemical store and transport plant，Liaoning Fushun 113001，China；2.Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113003，China）

Taking sudden shutdown failure of high voltage transducer of heavy duty pump in Fu-Ba oil pipeline as an example，reverse rotation failure and startup failure phenomena were introduced after sudden shutdown failure of high voltage transducer.Faults in zero-control of transducer were analyzed.Corresponding countermeasures were put forward.

High voltage transducer；Zero error；Debugging

TN773

A

1671-0460（2010）02-0168-03

2010-03-29

尹巖（1972-），男，遼寧撫順人，高級工程師，1994年畢業于大連理工大學機械專業，主要從事長輸油泵及配套設備的管理與維護。E-mail:hawking668@tom.com。