油田電動機軟啟動裝置故障分析

張巖松（大慶油田有限責(zé)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(yè)大型電動機設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。對于功率相對較大的電氣設(shè)備，若采用直接啟動方式會因瞬時電流大對電網(wǎng)造成大的沖擊，不僅會造成因電動機繞組過熱產(chǎn)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(wǎng)的供電質(zhì)量，使同一電源上的其他設(shè)備無法正常運行;嚴重時甚至?xí)绊懍F(xiàn)場監(jiān)控儀表的正常使用。而采用軟啟動方式，電動機由初始轉(zhuǎn)矩至額定狀態(tài)期間，根據(jù)控制器檢測出電動機的轉(zhuǎn)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(yōu)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(jù)電動機負載的特性來調(diào)節(jié)啟動過程中的參數(shù)，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(tǒng)的采用Y/△轉(zhuǎn)換、磁控降壓啟動器、自耦降壓等降壓啟動設(shè)備方式來實現(xiàn)限流的諸多弊端[1]。因此，做好軟啟動裝置應(yīng)用過程中的使用維修，確保其現(xiàn)場良好運行效果，對節(jié)能降耗和保護電動機設(shè)備運行具有十分重要的作用。

1 油田電動機軟啟動裝置應(yīng)用現(xiàn)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(yīng)用，主要應(yīng)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(shè)備在工頻運行條件下的啟動要求，目前全廠在用數(shù)量已達到600余臺。就現(xiàn)場應(yīng)用情況來看，軟啟動裝置運行狀態(tài)整體上表現(xiàn)良好，特別是對于大功率設(shè)備，起到了良好的節(jié)能降耗效果。

但在許多場合中，由于三相交流感應(yīng)電動機啟動特性，這些電動機直接連接電源系統(tǒng)。如果在工頻下直接在線啟動，將會產(chǎn)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(tǒng)和串聯(lián)的開關(guān)設(shè)備過載[2]。如果直接啟動，也會產(chǎn)生較高的峰值轉(zhuǎn)矩，這不但會對驅(qū)動電動機產(chǎn)生沖擊，而且也會使機械裝置受損。軟啟動器作為油田生產(chǎn)特殊工業(yè)環(huán)境下的關(guān)鍵設(shè)備，由于其使用的工作環(huán)境存在夏季高溫、冬季低溫、風(fēng)沙天氣多、工作現(xiàn)場灰塵多等惡劣工作條件，容易造成其電子控制電路出現(xiàn)故障，影響設(shè)備的正常啟動運行。因此，加強軟啟動裝置的現(xiàn)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(jié)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(nèi)軟啟動器的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電動機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)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(xiàn)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(yù)設(shè)定的初始轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩可在轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的0~90%范圍內(nèi)，由用戶調(diào)節(jié)。在斜坡加速期間，輸出給電動機的電壓，從初始轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的電壓開始無級地增加，加速時間0~30s，可由用戶調(diào)節(jié)。在電壓升高過程中，當(dāng)控制器檢測到電動機已達到額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)，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(guān)系。

圖1 軟啟動器啟動過程時間與電壓的關(guān)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(jīng)過分析造成控制器過熱故障的原因主要有：控制器通風(fēng)口阻塞；控制器工作時間太長；風(fēng)扇損壞；環(huán)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?lián)p壞件。從現(xiàn)場故障維修情況來看，風(fēng)扇損壞和控制器通風(fēng)口阻塞是油田在用軟啟動器發(fā)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(fù)位后軟啟動器仍能正常啟動，正常運行10多分鐘后又出現(xiàn)跳閘故障。根據(jù)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(xiàn)明顯損壞現(xiàn)象，主要問題是2只220V 交流風(fēng)扇不能長時間連續(xù)工作，更新交流風(fēng)扇后故障問題仍未有效排除。

解決辦法：為滿足生產(chǎn)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(dāng)電動機達到額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)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(shè)一旁路接觸器與軟啟動器并聯(lián)，在控制回路中利用軟啟動器運行信號（輔助觸點），經(jīng)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(xiàn)誤動作；調(diào)試時軟啟動器的參數(shù)設(shè)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(shù)重新整定設(shè)置即可；特別是對55 kW 以下的軟啟動器，檢查參數(shù)是否合理，若不合理則對參數(shù)重新設(shè)置；檢查控制線路是否存在接觸不良。

4）啟動時出現(xiàn)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(dǎo)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(shù)整定不合理，時間過長，起始電壓過低；軟啟動器的散熱風(fēng)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(shù)每小時不超過6次，特別是重負載情況；檢查外圍電路，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象；合理設(shè)定參數(shù)，調(diào)整起始電壓和啟動時間等；若散熱風(fēng)扇損壞，及時更換。

5）可控硅損壞。產(chǎn)生原因可能是：電動機在啟動時，過電流將軟啟動器擊穿；風(fēng)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(fēng)扇；控制頻繁啟動次數(shù)；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(nèi)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(fā)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(diào)試過程中出現(xiàn)啟動報缺相故障，軟啟動器故障燈亮，電動機沒反應(yīng)。出現(xiàn)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(yīng)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(xiàn)亂碼故障。用戶在使用軟啟動器時如顯示屏無顯示或出現(xiàn)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(chǎn)生的震動使軟啟動器內(nèi)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(yīng)。故障原因可能是：電動機缺相；軟啟動器內(nèi)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(wǎng)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(shù)設(shè)置不合理；啟動時滿負載啟動。

解決辦法：重新整定參數(shù)，起始電壓適當(dāng)升高，時間適當(dāng)加長；啟動時應(yīng)盡量減輕負載。

10）軟啟動器出現(xiàn)重復(fù)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(dǎo)致軟起動器出現(xiàn)重復(fù)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(wěn)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(wǎng)電壓不穩(wěn)定，波動比較大，引起軟啟動器誤動作；軟啟動器參數(shù)設(shè)置不合理。

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

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

解決辦法：空氣開關(guān)的參數(shù)適量放大或者空氣開關(guān)重新選型；根據(jù)負載情況將起始電壓適當(dāng)調(diào)小或者將啟動時間適當(dāng)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(jié)語

實踐證明，軟啟動裝置在油田生產(chǎn)中對企業(yè)節(jié)能降耗、減少電動機設(shè)備故障和延長設(shè)備使用壽命起到了良好的作用?？偨Y(jié)軟啟動裝置在油田生產(chǎn)現(xiàn)場的應(yīng)用經(jīng)驗，做好現(xiàn)場使用維修維護，提升現(xiàn)場解決問題的能力，確保軟啟動裝置在油田生產(chǎn)中的良好運行，對企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗目標、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)運行質(zhì)量和經(jīng)濟效益，具有十分重要的指導(dǎo)意義。

[1]朱益飛.軟起動裝置在油田注聚泵站的應(yīng)用[J].石油和化工節(jié)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(fā)展[J].電氣應(yīng)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(tài)電力系統(tǒng)的理論和分析[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.