长输泵高压变频器突停及处理*

尹岩，孙铁

（1.中国石油抚顺石化公司储运厂，辽宁抚顺113001；2.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺113003）

长输泵高压变频器突停及处理*

尹岩1，孙铁2

（1.中国石油抚顺石化公司储运厂，辽宁抚顺113001；2.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺113003）

以抚鲅成品油管线长输油泵变频器所出现的突停故障为例，介绍了变频器突停后出现的反转故障和不能启动现象，分析了高压变频器在零点控制上的缺陷，并提出解决此类故障的方法。

高压变频器；零点飘移；调试

机泵流量调节功率损失最小方式是转速调节，通过调节驱动泵电动机转速来实现流量调节[1]。变频器是目前调节机泵转速最有效的电气设备，其性能的优劣直接关系到整个管输系统的安全和可靠。因此变频器一经问世便引起了国内外电气传动界的普遍关注，现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。现代变频器以低损耗、高效率及电路简洁等显著优点而受到人们的青睐，并广泛地应用在电气传动控制系统和家用电器中。因此随着工业自动化产业的高速发展，变频器的应用日益广泛，只有充分掌握变频器的技术特性，才能拥有将变频器应用到工程实践中的理论基础。确保采有变频器的电气传动控制系统具有高性能比、最简的外围电路、最佳的性能指标。而对于实际生产用户来讲，变频器故障的分析与诊断才是维护和维修变频器所必需的，也是变频器能在实际安全稳定运行的前提[2]。

抚顺石化历经8年时间建成了抚顺首站至营口鲅鱼圈成品油管线。抚鲅线成品油管线设计年输送能力240万t/a。经过多次技术改造后，实际输油能力可达到400万t/a。主输输油动力来源于长输油泵，由串联的三级泵组成，后两级2004年改造后采用的是美国苏尔寿公司生产的中开四级泵，配套电机630 kW。为了方便管线输油量的调节，在第三级泵（4#泵后同）安装变频调速器，采用的是美国公司生产的完美无谐波系列高压变频器[3]。但在实际生产投用中，存在突然断电和其它原因导致的变频器突停后，会出现异常,给设备安全和生产安全构成严重威胁，如何分析和解决此类问题是至关重要的。高压变频器与电机连接原理图见图1。

1 变频器突停故障

变频器是由众多半导体电子元件、电力电子元件和电品元件组成的复杂装置，其结构多采用单元或模块化形式。由主回路、逻辑控制回路、电源回路、驱动保护回路和冷却系统构成。尽管变频器采用多种新型部件和优化结构，从目前的元件技术水平和经济性考虑，可靠性仍然遵循着“浴盘曲线”特性[2]。在已知的变频器故障中，如下种类比较常见：变频器过欠电压故障、变频器过载故障、变频器电流显示误差故障、变频器参数设置类故障、变频调速电机过热故障和调速系统故障诊断与处理。对于变频器瞬时停电所造成的异常，国内还较少涉及[4]。

1.1 变频器突停理论控制

变频器对于数毫秒以内的停电，控制电路工作正常。但瞬时停电达到数10 ms以上时，则通常不仅控制电路误动作，主电路也不能供电，变频器将停止工作。对于瞬时停电后要求变频器调速系统继续运行的，则应在系统设计时选择具有瞬间停电功能的变频器，外部控制回路应瞬停补偿方式和测速单元。当电源恢复后，通过速度追踪和测速电动机的检测来防止过电流[5]。由此可见，理论控制方法倾向于如何防止停电的发生和复电后如何保护电机和变频器。从实践生产来看，在变频器由于突然断电出现停止运行后，再重新启动这个过程中，无论是手动（Manual）、面板操作（Keyboard）还是闭环自动（Auto），都会出现变频器反转至最大速。反转对于功率超过600 kW以上大电机和机泵，均是致命的和无法接受的故障。

1.2 高压变频器突停故障

某年3月，由于中间站非正常停泵造成长输管线水击。为了保护输油泵不受回压水击的损坏，自控系统保护性跳停4#主输泵中压供电（6 000 V），变频器分别在AUTO模式91%和88%状态下非正常停止2次。而两次再启动变频器时发生了不能启泵和反转的问题，经过现场调试处理结果如下：

1.2.1 变频器启动调试经过：

（1）晨4点06分，首站第三级长输油泵（4#）停；

（2）上午10点，远控启动4#泵，无法启动；

（3）上午10点05分，泵房现场启动4#泵，无法启动；

（4）上午10点10分，变频器面板启动，4#泵反转，现场急停；

（5）上午11点15分，变频器面板启动，4#泵空载运行，11点45分停机；

（6）中午12点45分，远控启动4#电机空载运行，13点10分停；

（7）下午14点10分，现场手动启动至100%，下午14点25分降至50%停机正常；

（8）下午14点45分，远控启4#至100%，下午15点降至50%停机正常；

（9）下午15点52分，正常带载远控启动4#主输泵。

1.2.2 启动异常初步分析

由上面经过可以得知，变频器启动异常主要存在两个状态。一个是不启动；一个是反转。下面从变频器系统内部调试数据入手，再分别加以分析：

变频器调试相关结果：（调试报告）

解读以上数据设置：

数据输入设为1#2#（指变频器用户接线口）

数据输入类型为4～20 ma

最低的对应转速比例：0%

最高的对应转速比例：100%

当入口信号丢失输入变为0%时

变频器对于丢失信号采用保持状态

1.2.3 远控及现场不能启动的分析

通过变频器上面的设置可以得知：由于变频器是在自控运转条件下被SCADA系统强行断开中压输入，低压控制部分功能采取FIX（固定）通讯保持（用户手册6-14）。按“那里启动那里操控变频器”的原则[1]，现场手动及面板在远控的操作比例数未降下前，无论从现场还是再次输入启动指令都不会引发任何操作指令。

1.2.4 机泵急速反转的问题

死区的设置

模拟量给定的正、反转功能参考宜昌市自动化研究所张燕宾的《变频器功能解析》中相关部分。用模拟量给定信号进行正、反转控制时，“0”速控制很难稳定，在给定信号为“0”时，常常出现正转或反转的“蠕动”现象。为了防止这种“蠕动”现象，需要在“0”速附近设定一个死区ΔX，使给定信号从-ΔX到＋ΔX的区间内，输出频率为0 Hz。这样就有一个涉及有效“0”的功能。在给定信号为单极性的正、反转控制方式中，存在着一个特殊的问题。即，万一给定信号因电路接触不良或其他原因而“丢失”，则变频器的给定输入端得到的信号为“0”，其输出频率将跳变为反转的最大频率，电动机将从正常工作状态转入高速反转状态。十分明显，在生产过程中，这种情况的出现将是十分有害的，甚至有可能损坏生产机械[4]。

由于SCADA系统设置水击保护直接停止变频器中压供电，而变频器控制系统在检测不到输入电压时自动启动故障保护程序，直接导致从远传系统输入自身信号丢失。面板启动给定信号为0（即给出4 ma电流信号时），此变频器直接将输出功率跳变为反转频率。由于如储运厂所应用的高低高变频器，尽管采用了新一代故障保护系统，但在这个有效“0”功能技术方面还有待提高，这也是由大量集成电器元件设备自身特性决定的。

综上所述，变频器作为一个大量集成电器仪表元件的设备，存在着0点难控制的通病。虽然生产厂家设置了4～20 ma输入信号来对应转速0%～100%，即如图2（b）示。但在电流属于0～4 ma区间仍然有一个反转区间，转速由0反转到fmin。在与供货厂家技术协议中，储运厂对产品要求“在输入4～20 mA给定信号丢失时，变频器能保持原运行工况不变，一旦给定信号恢复有效时，变频器可以自动无扰地跟踪给定信号运行”[6]。但现场高压变频器并不能达到这一要求。

3 解决方案

3.1 完善系统解决法

对于要求必须连续运行变频调速系统，对变频器加装自动切换的不停电电源装置[7]。这个方案核心是不间断供电电源。对于网间电压常停和不稳的工作条件来讲，是必要解决办法。高压变频器对电网波动10%之内是极强的适应性的，但解决突停问题还是要求输油站配备稳定的双回路供电系统。对于在同一回路中存有直接启动的大电动机和电弧炉，生产单位一定要避免在同一配电变压器内供电。

3.2 用户简易解决法

在现场调试培训过程中，厂家建议升降速要按速度斜线来操作。这样就会避免出现“0”功能保护不足的问题。但在储运厂根据自身特点安装水击保护等设置后，任何网络和保护的非正常变频器停机，都会引发变频器内部故障保护从而引发“0”跳反转频率的问题，这也是生产厂家没有考虑到的方面。因此，把SCADA水击保护由直接断开变频器中压电输入方式改为将变频器降至50%使用，这样发生水击时，不仅保护了机泵还保证变频器的安全。也方便了日常生产操作和维护。目前生产中变频器的非正常停机，按下面的操作使变频器恢复正常。从技术角度上讲，与厂家探讨关于高低高变频器的有效0功能问题及非正常停机的恢复问题。如下是高压变频器恢复操作步骤。

（1）在变频器面板上按[AUTOMATIC]键，使远控比例数降至50%；

（2）变频器停机重新初始化；

（3）在变频器面板上进行开机[MANUL START ]，然后在面板上关机[MANUL STOP]。现场监视是否正转。

（4）变频器停机重新初始化；

（5）档位打到自动档位，实现远程启动机泵（调度启机）。

（6）前3步建议将机泵对轮解开，调试顺利在第4步安装机泵对轮，即可投入正常使用。

4 结束语

随着变频器在管输企业的大规模推广应用，越来越成为管道技术中不可缺少的环节。国内对于变频器这种突停后出现的异常现象和处理方法还较少研究，相关介绍文献资料也较少。储运厂按上述方法，已经多次解决了由于变频器突停带来的故障，缩短了停工时间，也避免专业人员现场服务的费用。同时也使设备管理人员在实际操作中能更深程度地了解掌握高压变频器性能。因此，对变频器所存在的故障现象进行深入探究，对于搞好油品管道运输事业来讲是件很有意义的事情。

[1]孙铁.炼油厂动设备[M].北京：中国石化出版社，2005.

[2]周志敏，周纪海，纪爱华.变频器工程应用/电磁兼容/故障诊断[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3]中油抚顺石化公司.中油抚顺石化分公司储运公司首站630 kW输油泵高压变频器装置技术协议[R].抚顺：抚顺石化储运厂，2004.

[4]美国罗宾康公司.空冷型完美无谐波系列NBH高压变频器用户手册，902232-C[M].美国：美国安塞罗宾康公司，2004.

[5]周志敏.中压变频主流技术发展方向[J].机床电器，2001（2）：26-51.

[6]张燕宾.变频器功能解析[J].变频器世界，2007（6）：138-144.

[7]西门子公司.标准驱动产品通信手册[M].美国：美国西门子公司，2005.

Sudden Shutdown of High-Voltage Transducer of Heavy Duty Pump and Corresponding Countermeasures

YIN Yan1，SUN Tie2
（1.Fushun petrochemical store and transport plant，Liaoning Fushun 113001，China；2.Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113003，China）

Taking sudden shutdown failure of high voltage transducer of heavy duty pump in Fu-Ba oil pipeline as an example，reverse rotation failure and startup failure phenomena were introduced after sudden shutdown failure of high voltage transducer.Faults in zero-control of transducer were analyzed.Corresponding countermeasures were put forward.

High voltage transducer；Zero error；Debugging

TN773

A

1671-0460（2010）02-0168-03

2010-03-29

尹岩（1972-），男，辽宁抚顺人，高级工程师，1994年毕业于大连理工大学机械专业，主要从事长输油泵及配套设备的管理与维护。E-mail:hawking668@tom.com。