变频器在大庆油田的应用现状及故障分析

王端政（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

变频器在大庆油田的应用现状及故障分析

王端政（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

为了解决变频器在油田管理操作、高效运行等方面问题，对大庆油田变频器使用情况进行了调查，主要包括联合站与转油站的原油外输、污水反冲洗、注聚及单井变频这三大系统的变频器故障情况。针对变频器故障给出了相应的分析和建议，可以提高变频器的使用寿命，避免因变频器的使用不当给各个系统带来损耗。

变频器 应用现状 高效使用

引言

变频控制系统有闭环、开环两种方式，闭环控制方式主要用于输油和污水反冲洗的变频器系统，液位信号、流量信号控制变频器输出频率。开环控制方式用于注聚、单井采油装置等。

变频器控制系统通常由传感器、变送器、调节器、控制器、变频器、电动机及被控制负载组成。传感器用来感测被控设备中的被控参量，它可以是流量、液位、压力、温度等等，一般是利用传感器将被控参数转换成电信号[1]。然后变送器再将传感器得到的电信号进行处理，然后调整为0～10 V电压信号或4～20 mA电流信号作为调解器的控制信号。调节器与控制器是一个由单片机或者PLC组成的微型控制系统，能够实现逻辑分析、数据判断及功能计算。它拥有数字量与模拟量的输入端和输出端，可以在软件控制下实现PID或模糊控制，还可利用数字量输出端口操控数台电动机调频与工频之间的切换等操作。以上说明的控制系统都是闭环控制系统，有时针对一些简单的控制系统也采用开环式控制系统[2]，当系统被控参数发生偏差后，用手动方式去调整变频器给定值，从而改变被控参数来调节电动机速度。

1 基本概况

1.1 变频器运行状态

经过调查，截至2011年3月1日，大庆油田共有各类变频器10 396台。涉及变频器控制系统开发商265家。其中，站（库）安装变频器4997台。正常投入使用，能够利用变频调节、节能作用的有3780台，占总数的75.65%；满负荷工作、工况不适合投用变频器的有363台，占总数的7.26%；工艺原因（如注入站停注）停用闲置的有566台，占总数的11.33%；未投产或备用的有183台，占总数3.66%。目前，变频器或变频控制系统故障待修的有105台，占总数的2.10%。具体情况见表1。

表1 站（库）变频器分布

单井安装变频器5399台。投入使用的有4767台，占总数的88.30%；其中投入使用，但变频器和电动机功率匹配不合理，大功率变频器拖动小功率电动机而使变频器作用没有充分发挥的有879台，占总数的16.28%；小功率变频器拖动大功率电动机致使变频器无法投用的有288台，占总数的5.33%；未投用（停产、工况不合适等）的有288台，占总数的5.33%；变频器故障待修的有344台，占总数的6.38%。具体情况见表2。

表2 单井变频器分布

1.2 变频器的管理现状

目前，各单位对变频器的管理采取谁安装谁负责、谁使用谁管理的原则。在日常维护方面，各单位针对实际情况相应的制定了变频器管理制度，由负责变频器的管理部门定期检查。日常保养和维护工作由岗位操作人员进行维护；在维修方面，大部分单位的故障变频器需要外委维修，维修任务由生产厂家负责。

2 变频器存在的主要问题

2.1 变频器运行时出现的故障

先期使用的变频器已经进入故障期，如果有故障变频器不能及时修复，对生产影响很大。通过此次调查，站库安装的变频器使用时间超过5年的，占总量的48.3%，故障率16%；使用时间在五年内的变频器占总量的51.7%，故障率3%；单井安装的变频器使用年限较短，但野外环境恶劣，故障率约为12.9%。

2.2 变频器控制系统设计问题

部分变频器控制系统在设计上存在缺陷。现场很多变频器功率与电动机功率相同，而实际上变频器应该比电动机大一个功率等级，这样更有利于延长变频器使用寿命；926套变频控制系统没有工频和变频切换功能，一旦变频器出现故障，将影响生产。

3 变频器应用现状

3.1 联合站与转油站的原油外输系统

原油外输系统由显示控制器、变频控制柜、可编程控制器（PLC）、液位表、液位变送器组成。液位表或PLC把设定值转换成标准控制信号来控制变频器，借此使变频器改变电动机频率来实现对流量的控制。液位变送器测量的实际液位与设定值相比较，然后修正液位表或PLC的输入值，使整套系统实现闭环控制。原油外输系统常见故障有：

1）液量突然增多，变频器满负荷工作，长期保持工作在45～50 Hz状态，带载能力下降，会经常出现过载保护。

2）泵与电动机检修后，电动机输出轴与泵轴不同心，负载增大，变频器过载保护。

3）变频器选型不当，容量不足（变频器容量一般为1.3～1.5倍电动机容量），加速电子器件老化，变频器过流保护。

4）液位表或者PLC损坏，导致变频器不能实现控制。

5）积灰严重，变频器内部热量无法散出，致使变频器过热保护。

6）站内外输管线单流阀损坏，变频器负载过大，过载保护。

3.2 污水反冲洗系统

反冲洗变频系统由流量表、变频控制柜、可编程控制器（PLC）、微机或触摸屏组成，实现反冲流量的梯度调节和反冲时间的控制，使反冲洗达到要求。反冲洗变频系统常见故障有：

1）PLC、微机或触摸屏故障，变频器无法进行反冲洗操作。

2）长期满负载工作，电子器件老化，变频器与电动机功率余量不足。

3）积灰严重，变频器内部热量无法散出，致使变频器过热保护。

3.3 注聚及单井变频系统

注聚及单井变频系统结构简单，一般只需要1台变频器带1台电动机，实现简单的变频器启、停功能即可。注聚及单井变频系统常见故障有：

1）注聚站环境一般较潮湿，对线路及变频器内部器件都会有很大影响。

2）有些注聚站会出现2台变频器同时向1口井注聚，单流阀损坏，导致其中1台变频器过载保护。

3）注聚站变频器24 h运转，风扇损坏加上积灰严重，致使热量不能及时散发出去，变频器过热保护。

4）单井变频器在室外放置，冬天长时间停机后，可能由于气温低无法正常启动。

4 建议

1）操作人员要熟知变频控制柜上指示灯、指示表、开关、按钮的作用，并掌握变频器的状态；出现变频器故障时，要及时将电动机切换到工频工作状态；变频器出现故障后，及时记录故障信息并真实反映给管理和维修人员；变频器出现故障，不要盲目再次送电，要判断故障后才能送电。

2）维修工作人员要定期对变频器进行清灰处理，并且要保持变频器内部清洁、风道畅通，周围环境的清洁、干燥；在变频器出现故障报警后不要盲目重新启动，要检查完外部负载及电气设备无问题后，再检测变频器主要器件，如果没有问题，按照操作要求启动变频器。

[1]倪潮鹏.变频调速技术在暖通空调中的应用[J].日用电器,2006（5）:53-56.

[2]苏丹.变频器在中央空调循环水冷却塔中的节能应用方案[J].经营管理者,2013（28）:21-23.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.019

2015-03-20）

王端政，2010年毕业于大庆师范学院（计算机科学与技术专业），从事油田仪表系统变频器管理工作，E-mail：286961834@qq.com，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第一采油厂仪表安装维修大队油田自动化室，163453。