油田電動機軟啟動裝置故障分析

張巖松（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

電動機軟啟動方式是功率較大的電動機常用的啟動方式，在工礦企業大型電動機設備中得到廣泛應用。對于功率相對較大的電氣設備，若采用直接啟動方式會因瞬時電流大對電網造成大的沖擊，不僅會造成因電動機繞組過熱產生絕緣損壞，而且會因啟動電流大，造成電源電壓的顯著下降，影響電網的供電質量，使同一電源上的其他設備無法正常運行;嚴重時甚至會影響現場監控儀表的正常使用。而采用軟啟動方式，電動機由初始轉矩至額定狀態期間，根據控制器檢測出電動機的轉速按斜坡均勻加速，直至輸出電壓達到全電壓，電流隨之達到額定電流，其最大優點是有效降低了啟動電流。軟啟動器不僅可以在整個啟動過程中無沖擊而平滑地啟動電動機，而且可根據電動機負載的特性來調節啟動過程中的參數，如限流值、啟動時間等。此外，它還具有多種電動機保護功能，這就從根本上解決了傳統的采用Y/△轉換、磁控降壓啟動器、自耦降壓等降壓啟動設備方式來實現限流的諸多弊端[1]。因此，做好軟啟動裝置應用過程中的使用維修，確保其現場良好運行效果，對節能降耗和保護電動機設備運行具有十分重要的作用。

1 油田電動機軟啟動裝置應用現狀

近幾年來，軟啟動裝置在勝利油田孤東采油廠得到良好推廣應用，主要應用在油田各油氣集輸泵站、注聚站和部分油井上，主要解決輸油泵、水泵、污水泵、注聚泵、壓縮機、抽油機等用能設備在工頻運行條件下的啟動要求，目前全廠在用數量已達到600余臺。就現場應用情況來看，軟啟動裝置運行狀態整體上表現良好，特別是對于大功率設備，起到了良好的節能降耗效果。

但在許多場合中，由于三相交流感應電動機啟動特性，這些電動機直接連接電源系統。如果在工頻下直接在線啟動，將會產生高達電動機額定電流6倍的浪涌電流，該電流會使供電系統和串聯的開關設備過載[2]。如果直接啟動，也會產生較高的峰值轉矩，這不但會對驅動電動機產生沖擊，而且也會使機械裝置受損。軟啟動器作為油田生產特殊工業環境下的關鍵設備，由于其使用的工作環境存在夏季高溫、冬季低溫、風沙天氣多、工作現場灰塵多等惡劣工作條件，容易造成其電子控制電路出現故障，影響設備的正常啟動運行。因此，加強軟啟動裝置的現場維護和維修工作非常必要。

2 電動機軟啟動裝置的工作原理

軟啟動器是一種集電動機軟啟動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電動機控制裝置，國外稱為S oftS tarter[3]。國內軟啟動器的主要構成是串接于電源與被控電動機之間的三相反并聯閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯晶閘管的導通角，使被控電動機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現不同的功能[4]。軟啟動器主要由控制模塊和可控硅模塊等部分組成。其啟動方法主要是電動機得到預設定的初始轉矩，該轉矩可在轉子堵轉轉矩的0~90%范圍內，由用戶調節。在斜坡加速期間，輸出給電動機的電壓，從初始轉矩相對應的電壓開始無級地增加，加速時間0~30s，可由用戶調節。在電壓升高過程中，當控制器檢測到電動機已達到額定轉速狀態，輸出電壓將會自動切換到全電壓。圖1為軟啟動器啟動過程時間與電壓的關系。

圖1 軟啟動器啟動過程時間與電壓的關系

3 軟啟動裝置的故障及處理

1）運行過程中控制器過熱故障。電動機運行跳閘后，軟啟動器故障代碼顯示“F8”，“F8”故障原因為控制器過熱。經過分析造成控制器過熱故障的原因主要有：控制器通風口阻塞；控制器工作時間太長；風扇損壞；環境溫度超過極限值；熱敏電阻損壞；控制模塊損壞等。

解決辦法是檢查分析控制器過熱原因，找出故障點，及時更新損壞件。從現場故障維修情況來看，風扇損壞和控制器通風口阻塞是油田在用軟啟動器發生過熱故障的主要原因。

2）運行過程中啟動器頻繁跳閘，軟啟動器故障代碼顯示控制器過熱故障，但故障復位后軟啟動器仍能正常啟動，正常運行10多分鐘后又出現跳閘故障。根據控制器過熱故障的原因進行檢查分析，各器件都正常，沒有出現明顯損壞現象，主要問題是2只220V 交流風扇不能長時間連續工作，更新交流風扇后故障問題仍未有效排除。

解決辦法：為滿足生產需要，控制柜加裝旁路控制電路，即電動機采用軟啟動方式啟動。當電動機達到額定轉速狀態時，旁路接觸器投入運行，軟啟動器退出運行，即只在電動機啟動過程中使用軟啟動器。其工作原理是在主回路增設一旁路接觸器與軟啟動器并聯，在控制回路中利用軟啟動器運行信號（輔助觸點），經過時間繼電器的延時閉合，旁路接觸器線圈得電，旁路接觸器吸合，其常閉點斷開，使軟啟動器退出運行。該電路需增加旁路接觸器、時間繼電器和電動機保護控制器等電氣器件。

3）啟動后旁路接觸器不吸合。故障原因可能是：在啟動過程中，保護裝置出現誤動作；調試時軟啟動器的參數設置不合理；控制線路接觸不良。

解決辦法：將保護裝置運行參數重新整定設置即可；特別是對55 kW 以下的軟啟動器，檢查參數是否合理，若不合理則對參數重新設置；檢查控制線路是否存在接觸不良。

4）啟動時出現過熱故障，不能滿足正常啟動要求。造成這一問題的原因可能是：啟動頻繁，導致溫度過高，引起軟啟動器過熱保護動作；外圍電路故障，使接觸器不能旁路運行，造成軟啟動器長時間工作，引起保護動作；負載過重、啟動時間過長引起過熱保護；軟啟動器的參數整定不合理，時間過長，起始電壓過低；軟啟動器的散熱風扇損壞，不能正常工作。

解決辦法：若因電動機啟動頻繁引起，則控制電動機啟動次數每小時不超過6次，特別是重負載情況；檢查外圍電路，發現故障及時排除；啟動時，盡可能地減輕負載，避免“小馬拉大車”現象；合理設定參數，調整起始電壓和啟動時間等；若散熱風扇損壞，及時更換。

5）可控硅損壞。產生原因可能是：電動機在啟動時，過電流將軟啟動器擊穿；風扇損壞，散熱效果不佳；啟動頻繁，高溫致可控硅損壞；濾波板損壞輸入缺相等。

解決辦法：檢查軟啟動器功率是否與電動機的功率相匹配，電動機是否帶載啟動；更換損壞風扇；控制頻繁啟動次數；若濾波板損壞，則需檢查進線電源與電動機進線是否松脫、內部的接線插座是否松脫、負載與電動機是否匹配、檢測軟啟動器的模塊或可控硅是否擊穿，及它們的觸發門極電阻是否符合正常情況下的要求（一般在20~30Ω）等。

6）缺相故障。在調試過程中出現啟動報缺相故障，軟啟動器故障燈亮，電動機沒反應。出現故障的原因可能是：采用帶電方式啟動時，操作順序有誤；電源缺相，引起軟起動器保護動作；軟起動器的輸出端未接負載。

解決辦法：正確操作順序應為先送主電源，后送控制電源；檢查電源是否存在缺相；檢查輸出端是否接上負載，否則軟啟動器不能正常工作。

7）顯示屏無顯示或者是出現亂碼故障。用戶在使用軟啟動器時如顯示屏無顯示或出現亂碼，軟啟動器不工作。故障原因可能是：軟啟動器在使用過程中因外部元件所產生的震動使軟啟動器內部連線接觸不良；軟啟動器控制板故障。

解決辦法：打開軟啟動器的面蓋將顯示屏連線重新插緊；更換軟啟動器控制板。

8）啟動時軟啟動器不動作，電動機無反應。故障原因可能是：電動機缺相；軟啟動器內主元件可控硅短路；濾波板擊穿短路。

解決辦法：檢查電動機和外圍電路，檢查電動機是否缺相；檢查電動機以及電網電壓是否異常；更換可控硅和濾波板。

9）啟動負載時，啟動超時，軟啟動器停止工作，電動機自由停車。故障原因可能是：參數設置不合理；啟動時滿負載啟動。

解決辦法：重新整定參數，起始電壓適當升高，時間適當加長；啟動時應盡量減輕負載。

10）軟啟動器出現重復啟動。故障原因是：在啟動過程中外圍保護元件動作，接觸器不能吸合，導致軟起動器出現重復啟動。解決辦法是檢查外圍元件和線路是否存在接線錯誤。

11）啟動時，電流不穩定，波動大。故障原因可能是：電流表指示不準確或者與互感器不匹配；電網電壓不穩定，波動比較大，引起軟啟動器誤動作；軟啟動器參數設置不合理。

解決辦法：更換新的電流表；檢查電網電壓是否不穩定，若電網電壓正常則更換控制板；重新整定軟啟動器運行參數。

12）啟動時，偶爾出現空氣開關跳閘的現象。故障原因可能是：空氣開關長延時的整定值過小或者是空氣開關選型和電動機不匹配；軟啟動器的起始電壓參數設置過高或者啟動時間過長；在啟動過程中因電網電壓波動較大，引起軟啟動器發出錯誤指令，出現提前旁路現象；啟動時滿負載啟動。

解決辦法：空氣開關的參數適量放大或者空氣開關重新選型；根據負載情況將起始電壓適當調小或者將啟動時間適當縮短；建議用戶不要同時啟動多臺大功率的電動機；啟動時盡量減輕負載。

4 結語

實踐證明，軟啟動裝置在油田生產中對企業節能降耗、減少電動機設備故障和延長設備使用壽命起到了良好的作用?？偨Y軟啟動裝置在油田生產現場的應用經驗，做好現場使用維修維護，提升現場解決問題的能力，確保軟啟動裝置在油田生產中的良好運行，對企業實現節能降耗目標、優化生產工藝、提高生產運行質量和經濟效益，具有十分重要的指導意義。

[1]朱益飛.軟起動裝置在油田注聚泵站的應用[J].石油和化工節能,2013,16(5):29-32+35.

[2]翟佑華,付軍.無刷自控軟起動器起源及發展[J].電氣應用,2010,29(10):62-65.

[3]李超.泵控軟啟動[J].變頻器世界,2009,9(10):102-104+87.

[4]倪以信,陳壽孫,張寶霖.動態電力系統的理論和分析[M].北京:清華大學出版社,2002.