海上采油平臺國產(chǎn)化中壓變頻器故障問題處理

劉康民

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司 湛江 524057）

某海上平臺中壓變頻器由能科節(jié)能技術(shù)股份有限公司提供的 NC HVVF系列變頻器。該平臺共有四臺中壓變頻器，均安裝在VFD間室內(nèi)，為3臺濕氣壓縮機，2臺干氣壓縮機供電。是平臺生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，一旦停機，將直接導(dǎo)致平臺停產(chǎn)，造成產(chǎn)量嚴(yán)重?fù)p失。

1 NC HVVF系列變頻器簡介

NC HVVF系列高壓變頻器（廠家稱高壓），以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計目標(biāo)，其變頻技術(shù)特點采用羅賓康完美無諧波原理，通過將多個低壓功率單元的輸出疊加起來得到中壓，當(dāng)其中一個低壓功率單元出現(xiàn)故障時，該型變頻器仍能通過其高度集成化的電路計算和判斷，自動旁通故障功率單元，保證變頻器運行時的三相輸出平衡，保證現(xiàn)場生產(chǎn)穩(wěn)定持續(xù)運行

2 故障現(xiàn)象描述

2020年6月，海上某平臺濕氣壓縮機A機電機三個繞組溫度開始顯著上升，至次日零點30分，電機繞組溫度從85度升至108度（電機最大可承受溫度155攝氏度），電機電流從187A升至197A（額定電流204.6A），振動波動變大，轉(zhuǎn)速波動變大，且生產(chǎn)部門操作人員并未調(diào)節(jié)氣量。故障曲線如圖1：

圖1 電機繞組溫度上升曲線

3 故障原因排查

通過討論及研究，初步判斷，電機繞組溫度突然升高高可以從以下幾個方面考慮：

3.1 電機本身故障引起的原因

（1）定子繞組匝間或相間有短路故障，電流增大而發(fā)熱。個別線圈局部有包扎絕緣，如果繞組整體絕緣老化發(fā)黑，必須重繞大修。

（2）定子繞組有短路或并聯(lián)繞組中某支路斷線，引起三相電流不平衡過熱。

現(xiàn)場用專業(yè)測量工具對電機三相直流電阻，絕緣電阻進行測量，測量值未發(fā)現(xiàn)異常，現(xiàn)場空載運行，未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子掃膛異響。因此排除了電機端的問題。

3.2 電源方面引起的原因

（1）電源電壓高，超過電機額定電壓的10%以上，引起電機鐵損耗增加，使電機發(fā)熱。

（2）電源電壓過低，低于電機額定電壓的5%以上，電機在額定負(fù)載運行時會發(fā)熱。

（3）三相電源電壓不平衡，相間電壓不平衡度超過5%，引起三相電流不平衡而使電機發(fā)熱。

現(xiàn)場用專業(yè)測量工具對電機三相直流電阻，阻值平衡度符合要求，海上電源為Sloar透平發(fā)電機，電源輸出電壓經(jīng)過Sloar廠家專門控制系統(tǒng)進行控制，電源質(zhì)量較高，不存在電源方面問題，因此排除了電源端的問題。

3.3 負(fù)載方面引起的原因

（1）負(fù)載過大，應(yīng)減輕負(fù)載或更換容量合適的電機。

（2）啟動過于頻繁。

（3）機械負(fù)載有故障

現(xiàn)場通過拆除電機聯(lián)軸節(jié)，甩開負(fù)載，單獨運行電機，證實故障問題與負(fù)載無關(guān)。因此排除負(fù)載的原因。

4 問題原因排查

4.1 變頻器控制主板DSP故障

出現(xiàn)電機繞組溫度突然升高之后，在對主板進行檢查，發(fā)現(xiàn)其外表和其可見的報警，通訊功能正常，更換了新的主控板之后，在啟機運行時，反而出現(xiàn)建立勵磁故障的報警，機組無法運行。

4.2 采樣電阻故障

采樣電阻故障也會導(dǎo)致變頻器采樣數(shù)據(jù)失真，導(dǎo)致其判斷失誤，出現(xiàn)電機繞組溫度高的報警，從而影響機組正常運行，但從其原理圖紙看，采樣電阻在功率單元輸出端，其主要功能是對輸出電壓的采樣，與電流關(guān)聯(lián)不大。

圖2 霍爾傳感器裂紋

4.3 采樣電流故障

該型變頻器采樣電流是由霍爾傳感器執(zhí)行，一旦霍爾傳感器出現(xiàn)異常，很有可能導(dǎo)致變頻器主控制板DSP判斷失真，出現(xiàn)電機電流過大，進而出現(xiàn)電機繞組溫度升高的故障，

經(jīng)過現(xiàn)場仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，霍爾傳感器表面存在裂紋，導(dǎo)致采樣電流失真進而導(dǎo)致變頻器輸出電流突然增大，最終導(dǎo)致電機繞組溫度突然升高。

5 解決方法分析

5.1 對該型霍爾傳感器進行換型

該型霍爾傳感器為國產(chǎn)，其質(zhì)量存在瑕疵，使用壽命不長，質(zhì)量得不到保證，霍爾傳感器屬于互感器中較精密的一種，其穩(wěn)定性是其選擇的首要標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 增加多路判斷

原采樣電阻僅為2路，建議增加一路，實現(xiàn)3相電路檢測，邏輯上進行調(diào)整，進行3選2，只有當(dāng)2個霍爾傳感器采樣出現(xiàn)問題時，變頻器才出現(xiàn)報警

5.3 報警調(diào)整

霍爾傳感器故障時，出現(xiàn)的故障時是電機繞組溫度升高，沒有將故障定位在的具體的故障部位，建議廠家在后期進行優(yōu)化更改時，將報警更加具體化和直接化。

6 結(jié)語

該文章從海上石油開采行業(yè)出發(fā)，結(jié)合平臺現(xiàn)場設(shè)備的實際使用工況，狀態(tài)對國產(chǎn)化中壓變頻器在海上石油平臺應(yīng)用中故障的發(fā)現(xiàn)，分析和解決提供了一種經(jīng)驗和方法。也為國產(chǎn)化設(shè)備未來的改進和優(yōu)化提供了一定的一依據(jù)。國產(chǎn)化設(shè)備在海洋石油平臺的應(yīng)用需要現(xiàn)場的使用和設(shè)備廠家共同努力，從不足的方面進行改善，保障海上平臺設(shè)備國產(chǎn)化的廣泛應(yīng)用。