改造站中變頻柜接線方法的探究及效果分析

宋佳凝（大慶油田工程建設有限公司）

隨著近幾年油田新建場站的減少，越來越多的老站需要進行改造。改造中經常會遇到老系統過于陳舊。若依照變頻柜提供的圖紙施工，可能無法達到使用要求，就需要重新校線、接線。以2017年采油三廠“北十八配制站擴改建工程”變頻柜更換為例，分析在老站改造工程中，變頻與其他裝置聯鎖的情況下，變頻柜的接線方法。

1 電動機正反轉的接線原理

當線圈通電時，靜鐵芯產生電磁吸力，將動鐵芯吸合，由于觸頭系統是與動鐵芯聯動的，因此動鐵芯帶動3條動觸片同時運行，觸點閉合，從而接通電源。當線圈斷電時，吸力消失，動鐵芯聯動部分依靠彈簧的反作用力而分離，使主觸頭斷開，切斷電源[1]。

以電動機正反轉接線為例（圖1），若想讓電動機正轉運行，則需主回路KM1閉合，即KM1線圈得電，通過點動SB1按鈕即可實現；若想讓電動機反轉運行，需改變通入電動機定子繞組的三相電源相序，即把接入電動機的三相電源進線中的任意兩相對調，電動機即可反轉[2]，即主回路KM2閉合，KM2線圈得電，通過點動SB2按鈕即可實現。KM1和KM2的互鎖觸電可以保證KM1閉合時，KM2線圈回路斷開；KM2閉合時，KM1線圈回路斷開。防止正轉反轉同時運行。

圖1 電動機正反轉接線圖

2 變頻柜的接線原理

油田中使用變頻柜，通常是通過傳感器來測量管道內的壓力或者流速來獲得相應的數據信息，數據信息傳遞至變頻控制柜內置的PID運行，從而調控水泵的工作[3]。同時設計采用了工變頻切換的方式，以保證在變頻出現問題時能暫時投入工頻運行，保證生產的連續性[4]。與電動機正反轉接線原理類似，若想使用變頻運行，則需K1閉合；使用工頻運行時，則需K2閉合（圖2）。

以2017年三廠“北II-7-5注入站二期工程”為例，根據圖紙設計要求，新建的10個變頻柜需要1個AI模擬量輸入，用來控制變頻柜頻率；需要1個DI數字量輸入，用來停泵。如圖2所示，泵變頻控制接在自動的31、35和37端子上，停泵接在停泵點5、6端子上，即可實現要求。

圖2 變頻柜接線圖

按圖接線后，若采用手動方式控制變頻器，則將轉換開關轉換為“手動”，點動按鈕SSTP即可啟動變頻器；點動SST即可停止變頻器。若采用PLC控制變頻器，則將轉換開關轉換為“自動”，PLC系統會通過控制相應的繼電器控制變頻器的啟停。

3 改造站變頻柜的接線方式

在“北十八配置站擴改建工程”中，圖紙設計要求將供水泵的操作柱更換為變頻柜。電力專業開了為變頻柜供電的電源電纜，自控專業未提供變頻柜控制電纜，也未增加模塊。現場的控制過程為：當分散裝置達到啟動條件時（熟化罐有1個為空罐），上水和進料按給定的配比同時進行。料斗內物料低于低料位開關時，分散裝置將停運，并發出聲光報警，攪拌器和螺桿輸送泵的啟停受液位變送器和可編程控制器的控制[5]。現場經過多次改造，供水泵的操作柱的接線方式已經被改掉，改為PLC直接控制供水泵啟停，操作柱無法控制供水泵。所以改造后的變頻柜也必須通過PLC系統控制變頻器，而不是在現場啟停變頻柜。

在現場施工過程中，使用已有的模塊通道，將更換后的變頻柜控制信號接到原PLC控制的通道上。按照常規接法，將電纜一端接到變頻柜中PLC常開點35、37端子，另一端接到PLC控制柜中啟動變頻柜的啟動繼電器上，接線后，現場可以手動啟動變頻柜，但是系統卻無法啟動變頻柜。這是由于運行控制需要設置2個參數：頻率源給定方式，選擇通訊方式給定，頻率設置值就可以通過Modbus總線發送給變頻器；運行控制，選擇通訊方式控制變頻柜運行[6]。只有這兩個參數全部設定完畢，才可以通過PLC啟動變頻柜。但是在已有的模塊中，并沒有頻率源給定的輸出模塊，所以思考是否有其他的替代方法。

根據圖3可以看出，將操作柱更換為變頻柜后，如果不把線接在自動那部分上，即PLC常閉點31、35和PLC常開點35、37上。而是將繼電器常開點并聯到SST按鈕上，也就是21、23端子上。采用手動的時候，點動SST按鈕，KM2線圈會同時得電，KM2開關閉合，使得K1線圈能一直通電。由于繼電器可以長動，所以只需要一個繼電器即可控制。并且將繼電器常開點并聯到SST按鈕上，當繼電器閉合時，KM2線圈并不會得電，不會形成自鎖，所以繼電器的閉合和斷開即可啟停變頻器。當SA開關打到手動，ZK開關打到變頻時，當繼電器動作，K1線圈即可得電，主回路K1開關閉合，泵變頻啟動；當繼電器還原，K1線圈斷電，主回路K1開關斷開，泵停止運行。

可得出熟化罐液位低于設定液位最低點時，分散裝置與變頻器同時啟動，分散裝置上料，供水泵上水；當熟化罐液位高于設定液位最高點時，分散裝置與變頻器同時停止。

將傳統的接線方法與新接線方式進行對比，新的接線方法節省了1個DO輸出模塊，無需新增電纜，節省了控制電纜和挖填電纜溝的工作量，共節約金額近1萬元，同時也能滿足PLC系統控制泵啟停的條件。所以當現場情況不需要通過給定頻率值來啟動泵的時候，就可以采用這種方法，對改造站中的變頻柜進行接線。

圖3 變頻柜手動側接線圖

4 結論

通過北十八配置站的變頻柜接線可以看出，若按照原來的方式進行接線，系統無法控制變頻柜，無法做到聯鎖。遇到PLC的輸出信號無法滿足控制變頻柜的要求時，將繼電器并聯到控制啟停的按鈕上，既滿足了生產要求，又節省了近萬元的投資。

在老站改造中，如果電動機需要由原先的直接啟停，改為變頻啟動，并且不需要計算機來調節頻率的時候，就可以采用這種接線方法。將電纜接在原有的數字量通道上，在現場設定變頻器的頻率值，就可以在不增加模擬量模塊的情況下，完成數字信號和模擬信號之間的轉換和銜接，還起到了節能的效果。隨著采油廠老站改造工程的逐年增加，這種接線方式一定會為節能創效做出更多的貢獻。