海上平臺國產(chǎn)中壓變頻器綜合適應性改造

劉康民

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司廣東湛江 524057）

1 中壓變頻器的海上應用現(xiàn)狀與發(fā)展

1.1 中壓變頻器的應用：

隨著變頻調速技術的發(fā)展，中壓變頻器也得到了廣泛的應用。中壓變頻器可以實現(xiàn)無級調速，滿足生產(chǎn)工藝過程對電動機調速控制的要求，同時還能夠大幅度節(jié)約能量、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本。

以海上某平臺為例，工藝生產(chǎn)流程中采用5臺國產(chǎn)大型往復式壓縮機，其中3臺濕氣壓縮機，每臺功率達到1800KW,2臺干氣壓縮機，每臺功率2200KW，是中國海油首次實現(xiàn)大功率往復式壓縮機國產(chǎn)化應用。其中，3臺濕氣壓縮機設計為兩級壓縮，2臺干氣壓縮機設計為一級壓縮。5臺壓縮機機體品牌一致，機械結構基本一致，拖動系統(tǒng)均采用國產(chǎn)中壓變頻器拖動電機驅動運行。

工藝流程圖如下：

圖1-1 某平臺工藝生產(chǎn)流程簡圖

1.2 中壓變頻器的優(yōu)點

①控制電機啟動電流：受到海上平臺空間結構限制，平臺電力系統(tǒng)容量有限，而天然氣壓縮機功率在1800KW到2200KW,啟動電流極大，直接啟動會產(chǎn)生電涌嚴重影響其他設備安全正常運行，而使用變頻器啟動能充分降低啟動電流，提高電機繞組使用壽命，同時保護平臺電力系統(tǒng)及其他用電設備。

②可控的加速功能：通過對對壓縮機啟動條件的參數(shù)設置，達到現(xiàn)場壓縮機平穩(wěn)啟動至所需轉速，以達到持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

③可調的運行速度：利用變頻器調速功能，能夠優(yōu)化現(xiàn)場工藝生產(chǎn)過程，并并能夠根據(jù)現(xiàn)場工況迅速做出改變，還可以通過遠程控制PLC或其他控制器來實現(xiàn)速度靈活變化。

④受控的停止方式：利用變頻器不同的停止方式選擇（減速停車自由停車直流制動），同樣能減少壓縮機這樣的大型設備機械部件和電機的沖擊，從而使整個系統(tǒng)更加可靠，設備壽命也相應增加。

⑤全面的多重保護：中壓變頻器具有輕故障，重故障及變頻器參數(shù)保護定值設置等3大項27類保護，對中壓變頻器本身，電機，以及平臺電網(wǎng)系統(tǒng)起到全方位保護。

2 國產(chǎn)化中壓變頻器海上應用存在問題與適應性改造

2.1 巧用PLC自帶頻率轉換解決壓縮機轉速無法測量的問題

壓縮機機頭與電機通過飛輪的轉軸連接，最先設計測轉速的方式為通過轉速探頭測量得到脈沖頻率信號，然后進入PLC程序中使用PLC內部高速計數(shù)器進行計數(shù)，并對數(shù)據(jù)進行處理計算得出轉速。但在設計時，考慮到成本問題，未在電機內部設置相應的轉速探頭，當壓縮機出現(xiàn)飛車等意外情況時，現(xiàn)場沒有有效的轉速反饋信號去執(zhí)行關斷邏輯，將導致嚴重的生產(chǎn)事故和設備損壞。

適應性改造措施如下：

如果增加轉速探頭，從工程量來看，需要現(xiàn)場對大型壓縮機進行解體，安裝合適的轉速探頭，并且需要增加與之匹配的轉換模塊，增加控制上的邏輯反饋點等，資金投入很大，改造時間很長，且改造后的探頭能否與電機匹配還需實際驗證。因此，決定利用變頻器的頻率信號來轉換為飛輪的轉速信號。利用數(shù)學基本的等比例關系，將電機頻率信號和飛輪轉速信號進行計算，即頻率越高轉速越高，變頻器0～50Hz 對應電機轉速0～990 RPM （電機與飛輪轉速一致）。變頻器再將4～20mA電流信號傳給現(xiàn)場控制盤，經(jīng)過儀表控制模塊轉化后即可得到電機轉速，且數(shù)值準確。此種方案只需在程序上稍作改動即可實現(xiàn)。硬件上也只需重新鋪設變頻器至現(xiàn)場控制柜通訊電纜，修改PLC程序，進行數(shù)據(jù)轉換，增加顯示畫面：

最終在畫面上得到實際轉速顯示：

圖2-1-1

在不改造壓縮機機械構件和不增加PLC模塊的情況下，通過更改取樣點和修改PLC程序的方式，高效實現(xiàn)了壓縮機轉速監(jiān)控功能。

2.2 巧改控制回路，修正壓縮機運行狀態(tài)指示

由于前期設計的原因，該平臺的其中一臺變頻器（1#）屬于“一拖二”工作模式，即一臺變頻器拖動兩臺壓縮機。由于帶載功率大，又屬于“一拖二”模式，因此該變頻器有一臺輸出切換柜，正常狀態(tài)下，該輸出切換柜的隔離刀閘QS1（濕氣）,QS2（干氣），兩臺壓縮機運行狀態(tài)信號，取自該兩個隔離刀閘開關狀態(tài)。在正常工作模式下，由于兩個隔離刀閘開關沒有切斷負荷電流的能力，常態(tài)下該隔離開關長期處于閉合狀態(tài)，因此，當兩臺壓縮機都在停止狀態(tài)時，兩臺運行指示燈保持常亮，顯示兩臺壓縮機都在運行，而當1#變頻器帶動一臺其中一臺壓縮機時，兩臺壓縮機運行狀態(tài)指示燈同時保持常亮，無法對在運行的壓縮機狀態(tài)進行正確指示，如圖：

圖2-2-1QS1,QS2隔離刀閘長期處于閉合狀態(tài)

適應性改造措施如下：

因此將顯示干濕氣壓縮機運行信號取點改為輸出切換柜KM1和KM2的狀態(tài)點，達到運行時在面板上正確顯示的目的。

圖2-2-2 將運行顯示狀態(tài)點改為從兩臺變頻輸出接觸器取

KM1 和 KM2 為該輸出切換柜的兩個變頻器下端輸出接觸器，與其相連的便是現(xiàn)場兩臺壓縮機，通過對兩個接觸器狀態(tài)的選取，能夠更加直接反映所運行的變頻器的實時狀態(tài)。

再將此狀態(tài)信號從PLC輸出PLCE1模塊上DQa0.6/0.7控制的備用中間繼電器CR17（濕氣）和CR18（干氣）的常閉點（由于PLC里邊取自反邏輯，因此取閉點）

圖2-2-3 取CR17,CR18備用輸出點

最終將取自CR17和CR18的長閉觸點分別引入1#變頻器的中壓柜的運行狀態(tài)輸出二次回路中去，經(jīng)過測試后，狀態(tài)顯示正常。如圖：

圖2-2-4 長閉觸點分別引入中壓柜狀態(tài)顯示回路

2.3 修改變頻器關斷邏輯，保障壓縮機運行穩(wěn)定

在現(xiàn)場調試階段，對1#變頻器（一拖二）邏輯控制進行測試時，存在一個問題：當不受變頻器控制的壓縮機，在維修，失電狀態(tài)下，會直接關斷變頻器，如果此時變頻器正在驅動另一臺變頻器，將造成被驅動的壓縮機會不正常停機。

換句話說目前的設計邏輯，沒有對來自兩個壓縮機控制盤的的急停信號進行區(qū)分，這樣就造成，任意一臺壓縮機控制盤的急停，失電，中控ESD.都會將1#變頻器停掉。

適應性改造如下：

使用輸出切換柜內輸出接觸器KM1和KM2的狀態(tài)，分別對來自干氣壓縮機A（包括ESD）和濕氣壓縮機A（包括ESD）的急停信號進行并聯(lián)，已達到區(qū)分兩臺壓縮機在特殊狀況下急停信號的目的，如圖：

圖2-3-1 取該備用輸出點

將兩臺壓縮機的ESD信號并聯(lián)，如圖：

圖2-3-2 將兩臺壓縮機ESD信號并聯(lián)，接入現(xiàn)場控制盤

經(jīng)過現(xiàn)場重新拉設電纜和接線，在后續(xù)的測試和調試過程中，1#變頻器很好的實現(xiàn)了對應壓縮機緊急關斷的功能。

3 結束語

由于海洋石油平臺的工藝生產(chǎn)連續(xù)性，穩(wěn)定性和要求，對于壓縮機及其變頻器的運行可靠性的標準會更高，更是相對于國內中高壓變頻器來說，國外中高壓變頻器的品牌一直是國內市場主力，而通過對該海上油氣平臺首次大規(guī)模應用國產(chǎn)化中壓變頻器海上調試的過程，進一步解決了國產(chǎn)中高壓變頻器與海上生產(chǎn)需求之間存在的矛盾，與技術上的缺陷，通過不斷的調整與適應性改造，國產(chǎn)中壓變頻器最終能夠適應海洋石油平臺工藝生產(chǎn)需求，持續(xù)穩(wěn)定運行，本項目的適應性改造也為以后國內同行業(yè)在對國中高壓變頻器應用方面提供了范本。