油田电动机软启动装置故障分析

张岩松（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

电动机软启动方式是功率较大的电动机常用的启动方式，在工矿企业大型电动机设备中得到广泛应用。对于功率相对较大的电气设备，若采用直接启动方式会因瞬时电流大对电网造成大的冲击，不仅会造成因电动机绕组过热产生绝缘损坏，而且会因启动电流大，造成电源电压的显著下降，影响电网的供电质量，使同一电源上的其他设备无法正常运行;严重时甚至会影响现场监控仪表的正常使用。而采用软启动方式，电动机由初始转矩至额定状态期间，根据控制器检测出电动机的转速按斜坡均匀加速，直至输出电压达到全电压，电流随之达到额定电流，其最大优点是有效降低了启动电流。软启动器不仅可以在整个启动过程中无冲击而平滑地启动电动机，而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的参数，如限流值、启动时间等。此外，它还具有多种电动机保护功能，这就从根本上解决了传统的采用Y/△转换、磁控降压启动器、自耦降压等降压启动设备方式来实现限流的诸多弊端[1]。因此，做好软启动装置应用过程中的使用维修，确保其现场良好运行效果，对节能降耗和保护电动机设备运行具有十分重要的作用。

1 油田电动机软启动装置应用现状

近几年来，软启动装置在胜利油田孤东采油厂得到良好推广应用，主要应用在油田各油气集输泵站、注聚站和部分油井上，主要解决输油泵、水泵、污水泵、注聚泵、压缩机、抽油机等用能设备在工频运行条件下的启动要求，目前全厂在用数量已达到600余台。就现场应用情况来看，软启动装置运行状态整体上表现良好，特别是对于大功率设备，起到了良好的节能降耗效果。

但在许多场合中，由于三相交流感应电动机启动特性，这些电动机直接连接电源系统。如果在工频下直接在线启动，将会产生高达电动机额定电流6倍的浪涌电流，该电流会使供电系统和串联的开关设备过载[2]。如果直接启动，也会产生较高的峰值转矩，这不但会对驱动电动机产生冲击，而且也会使机械装置受损。软启动器作为油田生产特殊工业环境下的关键设备，由于其使用的工作环境存在夏季高温、冬季低温、风沙天气多、工作现场灰尘多等恶劣工作条件，容易造成其电子控制电路出现故障，影响设备的正常启动运行。因此，加强软启动装置的现场维护和维修工作非常必要。

2 电动机软启动装置的工作原理

软启动器是一种集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电动机控制装置，国外称为S oftS tarter[3]。国内软启动器的主要构成是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电动机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能[4]。软启动器主要由控制模块和可控硅模块等部分组成。其启动方法主要是电动机得到预设定的初始转矩，该转矩可在转子堵转转矩的0~90%范围内，由用户调节。在斜坡加速期间，输出给电动机的电压，从初始转矩相对应的电压开始无级地增加，加速时间0~30s，可由用户调节。在电压升高过程中，当控制器检测到电动机已达到额定转速状态，输出电压将会自动切换到全电压。图1为软启动器启动过程时间与电压的关系。

图1 软启动器启动过程时间与电压的关系

3 软启动装置的故障及处理

1）运行过程中控制器过热故障。电动机运行跳闸后，软启动器故障代码显示“F8”，“F8”故障原因为控制器过热。经过分析造成控制器过热故障的原因主要有：控制器通风口阻塞；控制器工作时间太长；风扇损坏；环境温度超过极限值；热敏电阻损坏；控制模块损坏等。

解决办法是检查分析控制器过热原因，找出故障点，及时更新损坏件。从现场故障维修情况来看，风扇损坏和控制器通风口阻塞是油田在用软启动器发生过热故障的主要原因。

2）运行过程中启动器频繁跳闸，软启动器故障代码显示控制器过热故障，但故障复位后软启动器仍能正常启动，正常运行10多分钟后又出现跳闸故障。根据控制器过热故障的原因进行检查分析，各器件都正常，没有出现明显损坏现象，主要问题是2只220V 交流风扇不能长时间连续工作，更新交流风扇后故障问题仍未有效排除。

解决办法：为满足生产需要，控制柜加装旁路控制电路，即电动机采用软启动方式启动。当电动机达到额定转速状态时，旁路接触器投入运行，软启动器退出运行，即只在电动机启动过程中使用软启动器。其工作原理是在主回路增设一旁路接触器与软启动器并联，在控制回路中利用软启动器运行信号（辅助触点），经过时间继电器的延时闭合，旁路接触器线圈得电，旁路接触器吸合，其常闭点断开，使软启动器退出运行。该电路需增加旁路接触器、时间继电器和电动机保护控制器等电气器件。

3）启动后旁路接触器不吸合。故障原因可能是：在启动过程中，保护装置出现误动作；调试时软启动器的参数设置不合理；控制线路接触不良。

解决办法：将保护装置运行参数重新整定设置即可；特别是对55 kW 以下的软启动器，检查参数是否合理，若不合理则对参数重新设置；检查控制线路是否存在接触不良。

4）启动时出现过热故障，不能满足正常启动要求。造成这一问题的原因可能是：启动频繁，导致温度过高，引起软启动器过热保护动作；外围电路故障，使接触器不能旁路运行，造成软启动器长时间工作，引起保护动作；负载过重、启动时间过长引起过热保护；软启动器的参数整定不合理，时间过长，起始电压过低；软启动器的散热风扇损坏，不能正常工作。

解决办法：若因电动机启动频繁引起，则控制电动机启动次数每小时不超过6次，特别是重负载情况；检查外围电路，发现故障及时排除；启动时，尽可能地减轻负载，避免“小马拉大车”现象；合理设定参数，调整起始电压和启动时间等；若散热风扇损坏，及时更换。

5）可控硅损坏。产生原因可能是：电动机在启动时，过电流将软启动器击穿；风扇损坏，散热效果不佳；启动频繁，高温致可控硅损坏；滤波板损坏输入缺相等。

解决办法：检查软启动器功率是否与电动机的功率相匹配，电动机是否带载启动；更换损坏风扇；控制频繁启动次数；若滤波板损坏，则需检查进线电源与电动机进线是否松脱、内部的接线插座是否松脱、负载与电动机是否匹配、检测软启动器的模块或可控硅是否击穿，及它们的触发门极电阻是否符合正常情况下的要求（一般在20~30Ω）等。

6）缺相故障。在调试过程中出现启动报缺相故障，软启动器故障灯亮，电动机没反应。出现故障的原因可能是：采用带电方式启动时，操作顺序有误；电源缺相，引起软起动器保护动作；软起动器的输出端未接负载。

解决办法：正确操作顺序应为先送主电源，后送控制电源；检查电源是否存在缺相；检查输出端是否接上负载，否则软启动器不能正常工作。

7）显示屏无显示或者是出现乱码故障。用户在使用软启动器时如显示屏无显示或出现乱码，软启动器不工作。故障原因可能是：软启动器在使用过程中因外部元件所产生的震动使软启动器内部连线接触不良；软启动器控制板故障。

解决办法：打开软启动器的面盖将显示屏连线重新插紧；更换软启动器控制板。

8）启动时软启动器不动作，电动机无反应。故障原因可能是：电动机缺相；软启动器内主元件可控硅短路；滤波板击穿短路。

解决办法：检查电动机和外围电路，检查电动机是否缺相；检查电动机以及电网电压是否异常；更换可控硅和滤波板。

9）启动负载时，启动超时，软启动器停止工作，电动机自由停车。故障原因可能是：参数设置不合理；启动时满负载启动。

解决办法：重新整定参数，起始电压适当升高，时间适当加长；启动时应尽量减轻负载。

10）软启动器出现重复启动。故障原因是：在启动过程中外围保护元件动作，接触器不能吸合，导致软起动器出现重复启动。解决办法是检查外围元件和线路是否存在接线错误。

11）启动时，电流不稳定，波动大。故障原因可能是：电流表指示不准确或者与互感器不匹配；电网电压不稳定，波动比较大，引起软启动器误动作；软启动器参数设置不合理。

解决办法：更换新的电流表；检查电网电压是否不稳定，若电网电压正常则更换控制板；重新整定软启动器运行参数。

12）启动时，偶尔出现空气开关跳闸的现象。故障原因可能是：空气开关长延时的整定值过小或者是空气开关选型和电动机不匹配；软启动器的起始电压参数设置过高或者启动时间过长；在启动过程中因电网电压波动较大，引起软启动器发出错误指令，出现提前旁路现象；启动时满负载启动。

解决办法：空气开关的参数适量放大或者空气开关重新选型；根据负载情况将起始电压适当调小或者将启动时间适当缩短；建议用户不要同时启动多台大功率的电动机；启动时尽量减轻负载。

4 结语

实践证明，软启动装置在油田生产中对企业节能降耗、减少电动机设备故障和延长设备使用寿命起到了良好的作用。总结软启动装置在油田生产现场的应用经验，做好现场使用维修维护，提升现场解决问题的能力，确保软启动装置在油田生产中的良好运行，对企业实现节能降耗目标、优化生产工艺、提高生产运行质量和经济效益，具有十分重要的指导意义。

[1]朱益飞.软起动装置在油田注聚泵站的应用[J].石油和化工节能,2013,16(5):29-32+35.

[2]翟佑华,付军.无刷自控软起动器起源及发展[J].电气应用,2010,29(10):62-65.

[3]李超.泵控软启动[J].变频器世界,2009,9(10):102-104+87.

[4]倪以信,陈寿孙,张宝霖.动态电力系统的理论和分析[M].北京:清华大学出版社,2002.