Missan油田外輸泵軟起方案及故障分析

王春生

摘 要：文章針對伊拉克Missan油田2011年項(xiàng)目初期在油田內(nèi)部電氣設(shè)備陳舊老化，控制保護(hù)技術(shù)落后，伊拉克國家電網(wǎng)不穩(wěn)定的內(nèi)外因素影響下，為了保障油田外輸泵的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際情況，提出了電壓不穩(wěn)情況的軟起方案，并在調(diào)試期間軟起故障分析處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，對項(xiàng)目后期的大功率電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供參考意見。

關(guān)鍵詞：可控硅；限流模式；門極驅(qū)動板；斜坡時間

引言

由于戰(zhàn)爭原因，IRAQ的電力非常緊缺，國家主電網(wǎng)為400KV和132KV等級。

截至2010年，伊拉克總裝機(jī)容量為15，070MW，以透平發(fā)電機(jī)為主，天然氣為主要燃料。機(jī)組以GE和SIEMENS發(fā)電機(jī)居多。按照伊拉克電力部規(guī)劃，將在2017底新安裝42臺 GE mega-deal gas turbines 和 10臺Siemens V94.2 units gas turbines.

而油田所在的Missan省電力需求為400MW，其實(shí)際電力供給為125MW，市區(qū)內(nèi)實(shí)行分片拉閘限電，每天供電約12-18小時。油田生產(chǎn)區(qū)域的供電相對可以得到保障，但電網(wǎng)質(zhì)量卻很差，電壓，頻率波動厲害。伊拉克Missan油田項(xiàng)目初期在油田內(nèi)部電氣設(shè)備陳舊老化，控制保護(hù)技術(shù)落后，伊拉克國家電網(wǎng)不穩(wěn)定的內(nèi)外因素影響下，為了保障油田外輸泵的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際情況，盡快實(shí)施主泵軟起方案以降低啟動電流且在低品質(zhì)電壓下成功啟動以保障外輸是我們剛進(jìn)駐油田現(xiàn)場需要首要解決的問題。

1 Missan油田外輸主泵運(yùn)行概述

Missan 油田外輸系統(tǒng)共3臺主泵，根據(jù)工藝要求一用兩備。采用RUHRPUMPEN SMI 400/03*2離心泵，SCHORCH KR6032G-DA02電機(jī)驅(qū)動。電機(jī)啟動電壓6600KV，啟動電流127A，額定功率1250KW，轉(zhuǎn)速2987r/min。

圖1 外輸泵泵頭和電機(jī)銘牌

2 Missan 油田外輸泵軟起設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際情況，Missan油田外輸泵采用中壓軟起切換控制系統(tǒng)，共包括一臺電源進(jìn)線柜、一臺中壓軟啟動柜、三臺中壓切換柜，中壓軟啟動柜是中壓軟啟動系統(tǒng)控制柜，該軟啟動柜系統(tǒng)采用美國AB公司的工業(yè)智能馬達(dá)控制器1503E-SIFX標(biāo)準(zhǔn)控制器，可以解決電機(jī)啟動時對電網(wǎng)和管路的沖擊。電機(jī)啟動電流不到直接啟動電流的一半，甚至更小，大大提高了系統(tǒng)的性能的穩(wěn)定性，并且該軟啟動裝置具有先進(jìn)的電機(jī)保護(hù)特性，確保電機(jī)和電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。在中壓軟啟動柜上可以選擇啟動方式，啟動地點(diǎn)，啟動對象，以及啟動和停止負(fù)載，中壓切換柜是用來連接到負(fù)載的，用于中壓軟啟動時連接啟動對象的控制。

起動模式：軟啟動。電機(jī)的初始轉(zhuǎn)矩編程設(shè)定為轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的0到90%，根據(jù)現(xiàn)場的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。在加速斜坡時間內(nèi)，電機(jī)的輸出電壓從初始轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的電壓穩(wěn)步上升。加速斜坡時間的調(diào)節(jié)范圍是0到30秒。在電壓斜坡上升期間，一旦MV SMC-FLEX 控制器檢測到電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。輸出電壓就會自動切換到全壓，旁路接觸器閉合。

圖3 主泵軟起盤柜示意圖

3 Missan 油田主泵軟起上電啟動失敗事件分析

3.1 調(diào)試主要過程

2013年8月主泵軟起盤柜安裝完成并進(jìn)入上電調(diào)試階段。并完成新裝軟起盤柜軟啟動器、功率組件的絕緣檢測，控制電路功能檢測，盤柜接地系統(tǒng)檢測。然后通過閉合L09盤柜將6600V電源送到軟啟動盤柜L14進(jìn)線盤柜進(jìn)線上主電調(diào)試。

各泵均試驗(yàn)直起能夠啟動后才試驗(yàn)軟起，將軟啟動/直接啟動轉(zhuǎn)換開關(guān)置于軟啟動位置，現(xiàn)場工藝調(diào)整為輕載，選擇啟動地點(diǎn)為就地，現(xiàn)場準(zhǔn)備就緒后，在軟啟動柜啟動，準(zhǔn)備啟動幾秒鐘后即停止，核實(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確，出于擔(dān)心可控硅損壞的考慮，最初的調(diào)試使用限流模式，電流限制為270%FLC，即343A，斜坡時間設(shè)置為15秒。在15秒之內(nèi)，電流會限制在略低于343A（約337A），經(jīng)過加壓加速，若15秒完成仍未達(dá)到切換需要的電壓，會在1-3秒內(nèi)迅速加電壓加速并完成切換。若15秒內(nèi)達(dá)到切換需要的電壓，會在條件達(dá)成時即完成切換。

限電流起動模式：當(dāng)必須限制最大的起動電流時，該起動模式可提供真正的限流起動。可調(diào)的限流等級范圍是電機(jī)額定滿載電流的50到600%，可調(diào)的限流時間范圍是從0到30秒。在電壓斜坡上升期間，一旦MV SMC-Flex控制器檢測到電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。輸出電壓就會自動切換到全壓，旁路接觸器閉合。

同時考慮到電流限制過低，會導(dǎo)致切換前1-3秒，實(shí)際電壓和全壓之間差距較大，對電網(wǎng)仍存在一個較大的沖擊，因此將電流限制為300%FLC，即略低于381A（約375A），斜坡時間設(shè)置為15秒。幾種方法的比較。啟動過程中的電流會稍大，但是切換前對電網(wǎng)的沖擊及壓降會小一些。在測試中B泵的狀況較好，為了試驗(yàn)更理想的啟動方式。因此用B泵試驗(yàn)不限流啟動，即標(biāo)準(zhǔn)軟啟動方式。設(shè)置初始轉(zhuǎn)矩為30%LRT，斜坡時間為20秒，實(shí)際試驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)實(shí)際啟動時間約為13秒，啟動過程中大部分時間電壓降會比限流啟動大，但是啟動前瞬間電壓降沒有突然變大，對電網(wǎng)的沖擊較小。

2013年8月5日在試驗(yàn)MP-B軟啟動，軟啟動投用5秒后被停止，控制室PLC報(bào)跳閘“feedback signal failure”。

3.2 故障查找與原因分析

發(fā)現(xiàn)可控硅擊穿后，安裝調(diào)試人員迅速進(jìn)行原因分析和故障原因查找。測量發(fā)現(xiàn)C相5#和6#可控硅被擊穿，6#門極驅(qū)動板阻值異常，予以更換。主要測量數(shù)據(jù)如下：

3.2.1 可控硅冷卻后，在室溫下測量每相進(jìn)出線之間電阻約90kΩ，目前C相電阻只有84.4kΩ，廠家工程師認(rèn)為也屬合格。從右側(cè)的電壓反饋板也可測得相同數(shù)據(jù)。該電阻與溫度呈反相關(guān)，溫度高時，阻值會降低。若某一相阻值約為60kΩ，說明該相三組可控硅中有一組正反兩個可控硅有1-2個被擊穿；若某一相阻值約為30kΩ，說明該相三組可控硅中有兩組正反兩個可控硅有1-2個被擊穿；若某一相阻值約為0，說明該相三組可控硅中三組正反兩個可控硅均有1-2個被擊穿。該阻值是與三組可控硅分別并聯(lián)的陶瓷電阻的阻值。

3.2.2 硅堆散熱片里面有個熱敏電阻連接至每相2#門極驅(qū)動板，阻值80Ω左右，上下15Ω均可接受。每個可控硅門極與陰極之間電阻可以在門極驅(qū)動板測量到，在10-40Ω之間。

3.2.3 將門極和陰極線插頭拔去可以測量到100Ω的阻值，這是一對200Ω的電阻并聯(lián)的結(jié)果，若不是此值基本可以判斷門極驅(qū)動板有問題。經(jīng)廠家工程師檢查控制器設(shè)置時發(fā)現(xiàn)反相報(bào)警是禁止的，將其調(diào)出來之后發(fā)現(xiàn)有此報(bào)警。據(jù)其所說他們遇到過由于反響故障導(dǎo)致?lián)舸┛煽毓璧墓收希虼藳Q定更改相序。由于目前軟啟動輸出相序和直起是相同的，因此將軟啟動電源柜的進(jìn)線和三個切換柜出線都進(jìn)行了調(diào)線（A和C互換），這樣既保證消除反相故障，也保證軟起輸出相序和直起依舊相同。將故障模塊更換后，軟起成功。

4 軟起改造后啟動方式比較

幾種啟動方式的比較。

（1）軟啟動明顯優(yōu)于直接啟動。在下面兩組數(shù)據(jù)的對比中，可以看出當(dāng)使用軟起時，在4秒的時間內(nèi)電壓從6.38kV突降至5.46kV，對電網(wǎng)造成很大的沖擊，而且很有可能會觸發(fā)進(jìn)線柜的電壓保護(hù)繼電器MRU3-11D的低壓跳閘（5.61kV，6秒）。

當(dāng)使用軟起時，在大部分時間，電壓降不大，而且在切換前的瞬間，電壓降也小于直接啟動，且不易觸發(fā)低壓跳閘。

表2

（2）限流軟起和不限流軟起的對比。限流軟起前期大部分時間的電壓降低于不限流軟起，但是切換前瞬間的快速加壓會對電網(wǎng)造成較大的沖擊。

表3

加大電流限制值，并適當(dāng)延長斜坡時間，可以有效地減小對電網(wǎng)的沖擊和電壓降。

表4

如果電網(wǎng)電壓比較高，且泵的狀態(tài)比較好，不限流啟動可以減少對電網(wǎng)的沖擊，并且擁有較快的啟動速度，建議選擇不限流啟動。若電網(wǎng)電壓較低，或者需要起一臺以上的泵，限流啟動更為適合，因?yàn)樵趩拥拇蟛糠謺r間電壓降會小一些，而切換前的電壓突降由于時間短，不足以觸發(fā)欠壓保護(hù)繼電器動作。

5 結(jié)束語

通過幾種軟啟動方式的試驗(yàn)，并基本找到了最適用的軟啟動方案。軟啟動裝置投用之后，主泵啟動時對電網(wǎng)的沖擊有顯著降低，主泵啟動時對電網(wǎng)電壓的要求得以放寬，外輸?shù)姆€(wěn)定性得到保障。為項(xiàng)目后面新增的大功率電機(jī)在伊拉克復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境順利投用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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