變頻器在大慶油田的應用現狀及故障分析

王端政（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

變頻器在大慶油田的應用現狀及故障分析

王端政（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

為了解決變頻器在油田管理操作、高效運行等方面問題，對大慶油田變頻器使用情況進行了調查，主要包括聯合站與轉油站的原油外輸、污水反沖洗、注聚及單井變頻這三大系統的變頻器故障情況。針對變頻器故障給出了相應的分析和建議，可以提高變頻器的使用壽命，避免因變頻器的使用不當給各個系統帶來損耗。

變頻器 應用現狀 高效使用

引言

變頻控制系統有閉環、開環兩種方式，閉環控制方式主要用于輸油和污水反沖洗的變頻器系統，液位信號、流量信號控制變頻器輸出頻率。開環控制方式用于注聚、單井采油裝置等。

變頻器控制系統通常由傳感器、變送器、調節器、控制器、變頻器、電動機及被控制負載組成。傳感器用來感測被控設備中的被控參量，它可以是流量、液位、壓力、溫度等等，一般是利用傳感器將被控參數轉換成電信號[1]。然后變送器再將傳感器得到的電信號進行處理，然后調整為0～10 V電壓信號或4～20 mA電流信號作為調解器的控制信號。調節器與控制器是一個由單片機或者PLC組成的微型控制系統，能夠實現邏輯分析、數據判斷及功能計算。它擁有數字量與模擬量的輸入端和輸出端，可以在軟件控制下實現PID或模糊控制，還可利用數字量輸出端口操控數臺電動機調頻與工頻之間的切換等操作。以上說明的控制系統都是閉環控制系統，有時針對一些簡單的控制系統也采用開環式控制系統[2]，當系統被控參數發生偏差后，用手動方式去調整變頻器給定值，從而改變被控參數來調節電動機速度。

1 基本概況

1.1 變頻器運行狀態

經過調查，截至2011年3月1日，大慶油田共有各類變頻器10 396臺。涉及變頻器控制系統開發商265家。其中，站（庫）安裝變頻器4997臺。正常投入使用，能夠利用變頻調節、節能作用的有3780臺，占總數的75.65%；滿負荷工作、工況不適合投用變頻器的有363臺，占總數的7.26%；工藝原因（如注入站停注）停用閑置的有566臺，占總數的11.33%；未投產或備用的有183臺，占總數3.66%。目前，變頻器或變頻控制系統故障待修的有105臺，占總數的2.10%。具體情況見表1。

表1 站（庫）變頻器分布

單井安裝變頻器5399臺。投入使用的有4767臺，占總數的88.30%；其中投入使用，但變頻器和電動機功率匹配不合理，大功率變頻器拖動小功率電動機而使變頻器作用沒有充分發揮的有879臺，占總數的16.28%；小功率變頻器拖動大功率電動機致使變頻器無法投用的有288臺，占總數的5.33%；未投用（停產、工況不合適等）的有288臺，占總數的5.33%；變頻器故障待修的有344臺，占總數的6.38%。具體情況見表2。

表2 單井變頻器分布

1.2 變頻器的管理現狀

目前，各單位對變頻器的管理采取誰安裝誰負責、誰使用誰管理的原則。在日常維護方面，各單位針對實際情況相應的制定了變頻器管理制度，由負責變頻器的管理部門定期檢查。日常保養和維護工作由崗位操作人員進行維護；在維修方面，大部分單位的故障變頻器需要外委維修，維修任務由生產廠家負責。

2 變頻器存在的主要問題

2.1 變頻器運行時出現的故障

先期使用的變頻器已經進入故障期，如果有故障變頻器不能及時修復，對生產影響很大。通過此次調查，站庫安裝的變頻器使用時間超過5年的，占總量的48.3%，故障率16%；使用時間在五年內的變頻器占總量的51.7%，故障率3%；單井安裝的變頻器使用年限較短，但野外環境惡劣，故障率約為12.9%。

2.2 變頻器控制系統設計問題

部分變頻器控制系統在設計上存在缺陷。現場很多變頻器功率與電動機功率相同，而實際上變頻器應該比電動機大一個功率等級，這樣更有利于延長變頻器使用壽命；926套變頻控制系統沒有工頻和變頻切換功能，一旦變頻器出現故障，將影響生產。

3 變頻器應用現狀

3.1 聯合站與轉油站的原油外輸系統

原油外輸系統由顯示控制器、變頻控制柜、可編程控制器（PLC）、液位表、液位變送器組成。液位表或PLC把設定值轉換成標準控制信號來控制變頻器，借此使變頻器改變電動機頻率來實現對流量的控制。液位變送器測量的實際液位與設定值相比較，然后修正液位表或PLC的輸入值，使整套系統實現閉環控制。原油外輸系統常見故障有：

1）液量突然增多，變頻器滿負荷工作，長期保持工作在45～50 Hz狀態，帶載能力下降，會經常出現過載保護。

2）泵與電動機檢修后，電動機輸出軸與泵軸不同心，負載增大，變頻器過載保護。

3）變頻器選型不當，容量不足（變頻器容量一般為1.3～1.5倍電動機容量），加速電子器件老化，變頻器過流保護。

4）液位表或者PLC損壞，導致變頻器不能實現控制。

5）積灰嚴重，變頻器內部熱量無法散出，致使變頻器過熱保護。

6）站內外輸管線單流閥損壞，變頻器負載過大，過載保護。

3.2 污水反沖洗系統

反沖洗變頻系統由流量表、變頻控制柜、可編程控制器（PLC）、微機或觸摸屏組成，實現反沖流量的梯度調節和反沖時間的控制，使反沖洗達到要求。反沖洗變頻系統常見故障有：

1）PLC、微機或觸摸屏故障，變頻器無法進行反沖洗操作。

2）長期滿負載工作，電子器件老化，變頻器與電動機功率余量不足。

3）積灰嚴重，變頻器內部熱量無法散出，致使變頻器過熱保護。

3.3 注聚及單井變頻系統

注聚及單井變頻系統結構簡單，一般只需要1臺變頻器帶1臺電動機，實現簡單的變頻器啟、停功能即可。注聚及單井變頻系統常見故障有：

1）注聚站環境一般較潮濕，對線路及變頻器內部器件都會有很大影響。

2）有些注聚站會出現2臺變頻器同時向1口井注聚，單流閥損壞，導致其中1臺變頻器過載保護。

3）注聚站變頻器24 h運轉，風扇損壞加上積灰嚴重，致使熱量不能及時散發出去，變頻器過熱保護。

4）單井變頻器在室外放置，冬天長時間停機后，可能由于氣溫低無法正常啟動。

4 建議

1）操作人員要熟知變頻控制柜上指示燈、指示表、開關、按鈕的作用，并掌握變頻器的狀態；出現變頻器故障時，要及時將電動機切換到工頻工作狀態；變頻器出現故障后，及時記錄故障信息并真實反映給管理和維修人員；變頻器出現故障，不要盲目再次送電，要判斷故障后才能送電。

2）維修工作人員要定期對變頻器進行清灰處理，并且要保持變頻器內部清潔、風道暢通，周圍環境的清潔、干燥；在變頻器出現故障報警后不要盲目重新啟動，要檢查完外部負載及電氣設備無問題后，再檢測變頻器主要器件，如果沒有問題，按照操作要求啟動變頻器。

[1]倪潮鵬.變頻調速技術在暖通空調中的應用[J].日用電器,2006（5）:53-56.

[2]蘇丹.變頻器在中央空調循環水冷卻塔中的節能應用方案[J].經營管理者,2013（28）:21-23.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.019

2015-03-20）

王端政，2010年畢業于大慶師范學院（計算機科學與技術專業），從事油田儀表系統變頻器管理工作，E-mail：286961834@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第一采油廠儀表安裝維修大隊油田自動化室，163453。