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低壓變頻器現(xiàn)場應用情況分析
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http://china-zesir.com 發(fā)稿日期:2008-8-29
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隨著計算機技術和電力電子技術的發(fā)展，低壓變頻器的應用也得到了快速發(fā)展。這幾年低壓變頻器在采油廠采油生產各類工藝技術中得到了廣泛應用。采用變頻器調速可以提高機械的控制精度、生產效率和產品質量，降低能耗，在孤東采油廠許多生產工藝中取得了顯著的節(jié)能效果。
一、變頻器的節(jié)能原理
1、變頻節(jié)能
變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富余量。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風機、泵類等設備傳統(tǒng)的調速方法是通過調節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調節(jié)給風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。
由流體力學可知，P（功率）＝Q（流量）×H（壓力），流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速N的平方成正比，功率P與轉速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調節(jié)流量下降時，轉速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關系下降。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。所隊當所要求的流量Q減少時，可調節(jié)變頻器輸出頻率使電動機轉速n按比例降低。這時，電動機的功率P將按三次方關系大幅度地降低，比調節(jié)擋板、閥門節(jié)能40％一50％，從而達到節(jié)電的目的。
例如：一臺離心泵電機功率為55千瓦，當轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量為28.16千瓦，省電48.8％，當轉速下降到原轉速的l／2時，其耗電量為6.875千瓦，省電87.5％。
2、功率因數補償節(jié)能
無功功率不但增加線損和設備的發(fā)熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。
3、軟啟動節(jié)能
電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設備的維護費用。
二、孤東采油廠變頻器在用情況
目前孤東采油廠在用各種變頻器達到480余臺，其中三采中心270余臺，采油一礦45臺，采油二礦13臺，采油三礦22臺，采油四礦43臺，新灘試采礦57臺，集輸大隊27臺。主要有美國的ABB、羅賓康，日本的富士、安川、三肯、東芝和日立，德國的西門子。目前國產變頻在控制技術和功能上，已取得了顯著的進步和成就，所以近兩年來油廠國產變頻器的數量正逐步提高，主要有春日、森蘭和煙臺惠豐等品牌。
三、目前主要存在問題
孤東采油廠技術質量監(jiān)督站自2005年開展了變頻器維修工作，先后組織了現(xiàn)場維修150臺次，總功率達到5800千瓦。從維修情況來看，變頻器發(fā)生故障或損壞的特征，一般可分為兩類：一種是在運行中頻繁出現(xiàn)的自動停機現(xiàn)象，并伴隨著一定的故障顯示代碼，其處理措施可根據隨機說明書上提供的指導方法，進行處理和解決。這類故障一般是由于變頻器運行參數設定不合適，或外部工況、條件不滿足變頻器使用要求所產生的一種保護動作現(xiàn)象；另一類是由于使用環(huán)境惡劣，高溫、導電粉塵引起的短路、潮濕引起的絕緣降低或擊穿等突發(fā)故障（嚴重時，會出現(xiàn)打火、爆炸等異�，F(xiàn)象）。 具體表現(xiàn)為：
1、變頻器主控電路故障。主要包括主板，電源板，逆變器、濾波電容等主控電路損壞。
2、變頻器冷卻直流風扇故障。風扇屬于易損件，工作壽命在2—5年，但是因為變頻器種類繁多，功率大小不同所以內部直流風扇額定電流不同而不通用，部分風扇損壞后因為缺乏備件無法及時更換。
3、變頻器外圍控制器件故障。變頻柜內變頻器本身無故障，但外部控制電路系統(tǒng)發(fā)生故障。由于使用年限較長，且控制電路又比較復雜，既沒有電路圖，又沒有線號，線路多而且復雜，給維修造成不便。
4、變頻柜設計不合理，內部過于狹窄，散熱通風效果差，導致散熱不良。部分變頻器工作環(huán)境比較惡劣，風沙及塵土集聚較多，嚴重影響了變頻器的正常運行，甚至造成停機故障。變頻柜散熱導流風扇屬于易損件，壽命一般在2年左右，但是大部分變頻柜散熱風扇損壞后，沒有及時更換，造成散熱不良，造成變頻器工作穩(wěn)定性差、老化加劇、過熱報警頻發(fā)等現(xiàn)象發(fā)生。
5、變頻器日常維護工作跟不上。操作人員對變頻路基本操作及一些基本參數設置不了解，使用過程中不能及時發(fā)現(xiàn)問題。
6、“小馬拉大車”問題。由于當時投產設計時的工作條件下限制，設計安裝時為節(jié)省資金，許多地方都有采用了變頻功率小于電機額定功率，但隨著工藝生產條件的變化，出現(xiàn)“小馬拉大車”問題，造成變頻器不能正常運行。如一號聯(lián)水外輸、三號聯(lián)提升和KDl8號站注水等。
四、變頻器的主要故障原因及預防措施
由于使用方法不正確或設置環(huán)境不合理，將容易造成變頻器誤動作及發(fā)生故障，或者無法滿足預期的運行效果。為防患于未然，事先對故障原因進行認真分析顯得尤為重要。變頻器在正常使用6—10年后，就進入故障的高發(fā)期，經常會出現(xiàn)元器件燒壞、失效、保護功能頻繁動作等故障現(xiàn)象，嚴重影響其正常運行。
1、外部的電磁感應干擾易造成故障
如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內部，引起控制回路誤動作，造成工作不正�；蛲C，嚴重時甚至損壞變頻器。在外部采取噪聲抑制措施，消除干擾源顯得非常必要。具體解決辦法有：一是盡量縮短控制回路的配線距離，并使其與主線路分離；二是變頻器接地端子應按規(guī)定進行，不能同電焊、動力接地混用；三是變頻器輸入端安裝噪聲濾波器，避免由電源進線引入干擾。
2、環(huán)境問題造成的故障
變頻器屬于電子器件裝置，在其規(guī)格書中有詳細安裝使用環(huán)境的要求。振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，對于振動沖擊較大的場合，應采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導體器件，應根據裝置要求的環(huán)境條件安裝空調或避免日光直射。
定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風扇是非常必要的。目前采油廠在用變頻器的冷卻風扇損壞比較嚴重，而且部分變頻工作環(huán)境比較差，嚴重影響散熱及空氣流通，導致變頻器在高溫季節(jié)易跳閘、過熱報警。
3、參數設置及設備引起的故障
故障主要發(fā)生在注聚泵用低壓變頻器，故障主要表現(xiàn)為起動時并不立即跳閘，而是在運行過程中跳閘�？赡艿脑蛴校�（1）泵工作狀態(tài)不穩(wěn)定；
（2）管線壓力過大；
（3）升速時間設定太短；
（4）降速時間設定太短；
（5）轉矩補償設定較大；
（6）引起低速時空載電流過大；
（7）電子熱繼電器整定不當，動作電流設定得太小、引起誤動作。
4、主板及主電路的故障
由于使用年限較長和一些突發(fā)原因，而造成主板及主電路損林，此類故障發(fā)生必然造成元器件的損壞和報廢，是變頻器維修費用的主要消耗部分。主要有：
（1）整流塊的損壞；
（2）充電電阻損壞；
（3）逆變器模塊燒壞；
（4）濾波電容的損壞；
（5）主板、電源板損壞。
5、維護不當造成的故障
大部分變頻器過熱報警故障，除了冷卻系統(tǒng)風扇損壞的原因外，還有一個主要原因，就是日常維護的缺乏，變頻器散熱器灰塵積攢嚴重，影響散熱。
五、幾點建議
l、規(guī)范變頻設備進入渠道，建立準入制度。
目前孤東采油廠變頻器品種繁多，各種變頻器之間器件并不通用，造成了備料困難，增加了成本利維修的難度，因此建議規(guī)范變頻設備進入渠道，建立市場準入制度減少引進變頻器的品牌種類，降低后期維護、維修成本。
（1）限定品牌范圍
限定品牌范圍，如近年來在孤東采油廠內出觀故障率低，運行可靠的某些品牌。建議規(guī)范為富士、ABB、森蘭等品牌。
（2）規(guī)范引入渠道
規(guī)范引入渠道，對引入設備的廠家技術力量售后服務進行考察，對新引入變頻設備驗收時要求資料配備完整，包括線路圖、說明書等，便于以后出現(xiàn)故障進行維護。
2、建立變頻器日常保養(yǎng)制度
對變順器的管理進行規(guī)范，由專人負責對變頻設備進行日常維護保養(yǎng)。日常維護保養(yǎng)的具體內容可以分為：
（1）運行數據記錄，故障記錄：
定期測量變頻器及電機的遠行數據，包括變頻器輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，變頻器內部直流電壓，散熱器溫度等參數。與合理數據對照比較，以利于早日發(fā)現(xiàn)故障隱患。變頻器如發(fā)生故障跳閘，務必記錄故障代碼和跳閘時變頻器的運行工況，以便具體分祈故障原因。
（2）變頻器日常檢查：
每兩周進行一次，檢查記錄運行中的變頻器輸出三相電壓，并注意比較它們之間的平衡度；檢查記錄變頻器的三相輸出電流，并注意比較它們之間的平衡度；檢查記錄環(huán)境溫度，散熱器溫度；察看變頻器有無異常振動，聲響，風扇是否運轉正常。
（3）變頻器保養(yǎng)：
每臺變頻器每季度需要清灰保養(yǎng)1次。保養(yǎng)要清除變頻器內部和風路內的積灰、臟物，將變頻器表面擦拭干凈，變頻器面板要保持清潔光亮；在保養(yǎng)的同時要仔細檢查變頻器，察看變頻器內有無發(fā)熱變色部位，阻尼電阻有無開裂現(xiàn)象，電解電容有無膨脹漏液防爆孔突出等現(xiàn)象，PCB板有否異常，有沒有發(fā)熱燒黃部位。
3、加強培訓
（1）對變頻設備操作、管理人員進行基礎培訓，掌握變頻器日常維護保養(yǎng)的知識以及了解基本參數的設置。
（2）對變頻器維修人員進行系統(tǒng)的培訓，以便今后更好地開展維修工作。 - ■ 與【低壓變頻器現(xiàn)場應用情況分析】相關新聞
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