淺談某氣田中壓變頻裝置故障分析處理

王立，王鵬，周日通

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

1 中壓變頻裝置簡(jiǎn)介

某氣田有5臺(tái)燃?xì)鈮嚎s機(jī)，分別是3臺(tái)濕氣壓縮機(jī)和2臺(tái)干氣壓縮機(jī)，由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，是氣田能夠正常生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由4套中壓變頻裝置為中壓異步電動(dòng)機(jī)提供電能，其中濕氣A機(jī)和干氣A機(jī)共用1套中壓變頻裝置，該變頻裝置可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈮嚎s機(jī)變頻運(yùn)行，達(dá)到工頻頻率運(yùn)行后切換至工頻旁路運(yùn)行、工頻旁路運(yùn)行再切換至變頻運(yùn)行，1套變頻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)干/濕氣壓縮機(jī)同時(shí)運(yùn)行的模式（如圖1）。異步電動(dòng)機(jī)額定電壓是6300kV，干氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)額定功率是2240kW，濕氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)額定功率是1800kW。中壓變頻裝置包括1個(gè)預(yù)充磁柜、2個(gè)變壓器柜和2個(gè)功率單元柜。主控板是變頻控制裝置的控制核心，采用DSP全數(shù)字控制系統(tǒng)，與中壓主回路功率單元使用光纖通信，主回路功率單元三組共15個(gè)，單個(gè)功率單元可互相替換使用。

圖1 變頻裝置主接線

2 故障描述

濕氣壓縮機(jī)A機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中電機(jī)繞組溫度從85℃上升到108℃，電機(jī)電流從187A上升到197A，變頻裝置輸出電流出現(xiàn)明顯波動(dòng)，電機(jī)振動(dòng)值明顯升高，生產(chǎn)人員發(fā)現(xiàn)異常后，及時(shí)進(jìn)行了停機(jī)操作，在此期間，變頻裝置無(wú)報(bào)警輸出，油氣生產(chǎn)工況穩(wěn)定。

3 原因分析

（1）壓縮機(jī)故障：壓縮機(jī)的閥芯損壞帶來(lái)排氣不暢或堵塞；壓縮機(jī)內(nèi)部傳動(dòng)件磨損，彎曲增大傳動(dòng)阻力，造成電動(dòng)機(jī)負(fù)載增大。

（2）電動(dòng)機(jī)故障：繞組和電纜的對(duì)地或相間絕緣損壞，形成放電回路，帶來(lái)電動(dòng)機(jī)的電流增大；電機(jī)繞組三相電阻值偏差較大，帶來(lái)三相電流不平衡，帶載情況下電流不平衡進(jìn)一步而惡化。

（3）變頻裝置故障：①控制回路元器件故障：霍爾元件采集的是變頻裝置逆變回路的輸入電流，作為重要的控制參數(shù)參與變頻裝置的控制運(yùn)算，主控板是變頻裝置的運(yùn)行控制中樞，控制系統(tǒng)的非正常運(yùn)行造成輸出異常，主控板與各個(gè)功率單元是使用光纖進(jìn)行通信，光纖彎曲半徑超標(biāo)，光纖老化傳輸光信號(hào)質(zhì)量下降；②主回路故障：?jiǎn)蝹€(gè)功率單元故障，會(huì)通過(guò)繼電器控制回路切除故障的功率單元，造成該相輸出電壓降低，按照廠家說(shuō)法，單個(gè)功率單元故障能夠通過(guò)移相技術(shù)降低單相電壓降低所帶來(lái)的影響，但是，要降負(fù)荷運(yùn)行。

4 故障處理過(guò)程

第一階段：在中控系統(tǒng)檢查電源輸入和變頻裝置運(yùn)行時(shí)輸出電壓無(wú)明顯異常，中控系統(tǒng)、變頻裝置就地盤(pán)和現(xiàn)場(chǎng)控制盤(pán)均無(wú)報(bào)警記錄輸出。使用絕緣表和直流雙臂電橋分別測(cè)量電動(dòng)機(jī)對(duì)地絕緣值和繞組電阻值，對(duì)地絕緣值大于1000GΩ，繞組電阻值0.1715/0.1715/0.1715Ω。參考電動(dòng)機(jī)軸承溫度曲線溫度上升5℃，繞組溫度上升23℃，由此判斷是繞組溫度的升高造成了軸承溫度的上升。也印證了電機(jī)電流升高確實(shí)存在，此時(shí)，懷疑是負(fù)載端異步電動(dòng)機(jī)或燃?xì)鈮嚎s機(jī)存在問(wèn)題。

第二階段：拆除電機(jī)與壓縮機(jī)之間的聯(lián)軸節(jié)，讓電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速升至940RPM（電動(dòng)機(jī)以往生產(chǎn)工況運(yùn)行轉(zhuǎn)速最高930RPM），運(yùn)行時(shí)間4.5h，大約30min電動(dòng)機(jī)繞組溫度由30℃升至56℃后趨于平穩(wěn)（如圖2）。由此可以排除電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題，手動(dòng)關(guān)停濕氣A燃?xì)鈮嚎s機(jī)系統(tǒng)。

圖2 電動(dòng)機(jī)繞組溫度變化曲線

第三階段：

（1）機(jī)械人員拆檢壓縮機(jī)氣閥，檢查傳動(dòng)件，未發(fā)現(xiàn)明顯異常的情況，檢查完成后回裝聯(lián)軸節(jié)，啟機(jī)測(cè)試，啟動(dòng)后壓縮機(jī)報(bào)“IOC”故障（瞬時(shí)過(guò)電流故障）（如圖3）。

圖3 IOC故障報(bào)警記錄

（2）檢查變頻裝置，發(fā)現(xiàn)變頻裝置功率單元輸入端霍爾元件有裂紋（如圖4），如果霍爾元件無(wú)法正確持續(xù)采集電流數(shù)據(jù)，會(huì)帶來(lái)變頻裝置控制系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。

圖4 霍爾元件裂紋

（3）更換霍爾元件后，啟動(dòng)測(cè)試，變頻裝置報(bào)勵(lì)磁建立故障，維修人員對(duì)變頻裝置進(jìn)行檢查，根據(jù)廠家指導(dǎo)，把變頻裝置輸出端的霍爾元件都進(jìn)行更換，啟動(dòng)測(cè)試，變頻器報(bào)勵(lì)磁建立故障（如圖5）。

圖5 勵(lì)磁建立故障記錄

（4）懷疑變頻裝置或電動(dòng)機(jī)有可能有問(wèn)題，由于該變頻裝置是一拖二，啟動(dòng)干氣壓縮機(jī)A，變頻裝置仍然報(bào)勵(lì)磁建立故障，可以確定是變頻裝置控制系統(tǒng)有故障。

（5）查看交班記錄關(guān)于變頻裝置的維修維保記錄，有多次更換主控板的記錄，更換原因不詳，決定更換變頻裝置主控板。按照操作規(guī)程逐步操作，最后上傳控制參數(shù)，檢查核對(duì)無(wú)誤后，生產(chǎn)人員啟動(dòng)測(cè)試濕氣壓縮機(jī)，啟機(jī)成功。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

維修人員在解決這次設(shè)備故障的過(guò)程中遇到了較多干擾，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程中不斷出現(xiàn)新問(wèn)題。使維修人員對(duì)干濕氣壓縮機(jī)的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)更深刻全面，提高了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)維修人員的維修技能，同時(shí)也暴露出一些問(wèn)題需要重視。

（1）技術(shù)文件不規(guī)范：生產(chǎn)廠家給出的變頻裝置技術(shù)文件中，繪制的電氣圖紙同時(shí)使用國(guó)標(biāo)和美標(biāo)的情況，甚至在同一張圖紙里都存在這種情況；圖紙標(biāo)注與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不符，設(shè)備出廠后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行了相應(yīng)的改動(dòng)，圖紙未進(jìn)行相應(yīng)的變更，這些都給現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員快速排除故障帶來(lái)了不便。在以后的設(shè)備采購(gòu)和項(xiàng)目跟蹤過(guò)程中都需要熟悉行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，保證技術(shù)資料的規(guī)范、正確。

（2）設(shè)備功能有缺陷：變頻裝置能夠?qū)崟r(shí)顯示輸入電壓/電流、輸出電壓/電流一相數(shù)據(jù)，無(wú)法顯示出三相電氣參數(shù)，不具有歷史數(shù)據(jù)查看功能，作為設(shè)備維護(hù)人員無(wú)法對(duì)可疑情況進(jìn)行對(duì)比；變頻裝置斷電后時(shí)間都會(huì)自動(dòng)復(fù)位，啟機(jī)前還需要手動(dòng)設(shè)置時(shí)間，無(wú)法和現(xiàn)場(chǎng)控制盤(pán)、中控系統(tǒng)統(tǒng)一時(shí)鐘，這些都為及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和快速進(jìn)行故障排查帶來(lái)了障礙。

（3）重要設(shè)備歷史清單未建立：對(duì)于油氣生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵設(shè)備，有必要建立維保的歷史清單，包括設(shè)備的保養(yǎng)時(shí)間、保養(yǎng)內(nèi)容，故障發(fā)生時(shí)間、故障信息、故障處理和故障元器件的更換等要素，不需要很詳細(xì)，主要內(nèi)容要記錄到位，還需要有詳細(xì)記錄文件進(jìn)行支持，便于后續(xù)人員了解具體細(xì)節(jié)，有利于全面掌握該設(shè)備的整體狀況和設(shè)備故障的快速處理。

（4）元器件更新方案跟進(jìn)不及時(shí)：事后經(jīng)過(guò)查找以往交班記錄，發(fā)現(xiàn)多次更換主控板和霍爾元件的記錄，設(shè)備生產(chǎn)廠家已經(jīng)給出換型霍爾元件的措施，落實(shí)跟進(jìn)不夠及時(shí)，主控板是變頻控制系統(tǒng)的核心，需要送廠家檢修，并給出故障原因的分析報(bào)告，便于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分析設(shè)備運(yùn)行操作和維護(hù)過(guò)程中不足，查找其中的薄弱環(huán)節(jié)，提高設(shè)備的運(yùn)行維保水平。

（5）主控板電源質(zhì)量不佳：主控板由高頻開(kāi)關(guān)電源供電，對(duì)于變頻裝置的主控板運(yùn)行環(huán)境要求更苛刻，在直流電源的穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度和紋波系數(shù)等具體重要控制參數(shù)方面要求更高，相控型穩(wěn)壓電源在恒定電壓下輸出電源質(zhì)量更有優(yōu)勢(shì)。重要設(shè)備的核心控制器件在使用電源時(shí)還要注意電源的具體輸出參數(shù)，畢竟短期的成本節(jié)約可能會(huì)帶來(lái)長(zhǎng)期的、更隱形的成本支出。