关于站库变频控制系统维护方法的研究与探讨

第四采油厂

摘  要：变频控制系统在A厂生产运行中应用广泛，节能效果显著，主要用于联合站、中转站外输油量控制，油井采出液掺水、油井热洗水量控制，污水反冲洗排量控制等。本文通过对A厂站库变频控制系统运行现状调查，全面掌握系统在生产运行中的应用效果，深入分析外部控制回路、变频器存在的问题。针对存在问题，通过开展变频器检测维修技术和外部控制回路维护技术研究，提高控制系统维修效率，保证系统运行时率，积极推进节能降耗及修旧利废工作，保证A厂站库安全平稳运行。

主题词：变频器；控制回路；故障

1 引  言

变频控制系统主要用于交流电动机转速调节，是交流电动机最理想、发展前景广阔的调速方案，除了具有卓越的调速性能外，系统还具有显著的节能作用，同时还具有保护附属电气设备及避免直接启动给机械设备造成的冲击引起的机械故障。变频控制系统在油田生产中广泛应用, 主要得益于其优良的节能特性和调速特性。油田生产中主要以泵类负载为主，因而决定了变频器在油田中的应用应以节能为主要目标。目前，变频控制系统在A厂生产运行中应用广泛，节能效果十分显著。

通过对A厂站库变频控制系统运行现状调查，分析控制系统A厂生产运行中应用效果，掌握外部控制回路、变频器存在的问题。针对此问题，总结控制系统维护相关经验，宏观阐述变频器维修方法，通过开展变频器检测维修技术和外部控制回路维护技术研究，提高控制系统维修效率，保证系统运行时率，积极推进节能降耗、修旧利废工作，保证A厂站库安全平稳运行。

2 变频调速控制系统的组成

变频控制系统主要由外部控制回路和变频器组成，岗位员工通过外部控制回路的启动、停止按钮，远程控制变频器，启停变频控制系统。

2.1外部控制回路工作原理

外部控制回路主要用于运行电机选择、运行电机控制方式选择、变频器的远程控制、频率调节、变频器急停、控制信号连接等功能，由空气开关、电气按钮、交流接触器、继电器、热保护器、自控仪表等组成。当按下启动按钮时，中间继电器吸合，变频器接收启动信号后开始工作，输出相应电压，同时交流接触器吸合，导通电压，变频控制系统启动运行。当控制系统中出现过热、过流时，控制回路自动断开，有效保护变频控制系统及外部负载。

2.2变频器工作原理

通用变频器由主电路和控制电路组成。主电路主要包括整流电路、中间直流电路和逆变电路三部分，其中，中间电路又由电源再生单元、限流单元、滤波器、制动电路以及直流电源组成。控制电路主要由中央处理器（CPU）、数字信号处理器（DSP）、A/D和D/A转换电路，I/O接口电路、通信接口电路、输出信号检测电路、数字操作盘以及控制电源等组成。

2.2.1主电路

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分。主电路由三部分构成，即将工频电源变换为直流功率的“整流器”；吸收变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”；以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

1）整流器

整流器将工频交流电源变换为直流电源。目前普遍使用的是二极管整流器，还可使用两组晶体管构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可进行再生运转。

2）平波回路

在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压。此外，逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压和电流。

3）逆变器

同整流器相反，逆变器将直流功率变换为所需频率的交流功率。

2.2.2 控制电路

控制电路是向主电路提供控制信号的回路，它包括比较电压和频率的运算电路；测量主电路的电压、电流的检测电路；测量电动机转速的检测电路；将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及保护逆变器和电动机的保护电路。

1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电压、电流信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压和频率。

2）电压、电流检测电路：与主电路电位隔离，用于检测电压和电流。

3）速度检测电路：通过传感器检测异步电动机轴机上的速度，并将其送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

4）驱动电路：驱动主电路器件的电路，与控制电路隔离，控制主电路器件导通或关断。

5）保护电路：检测主电路的电压和电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

3 变频控制系统运行现状及存在问题

3.1变频器运行现状及存在问题

A厂变频控制系统主要用于联合站、中转站外输油量控制，油井采出液掺水、油井热洗水量控制，污水反冲洗排量控制、配制站母液外输量控制、注入站注入量控制等。A厂站库共有变频器779台，主要由ABB、西门子、艾默生、INVT等24个厂家生产。

A厂共有16台变频器存在主线路板、控制电路板烧坏，驱动电路故障、无法自动调频、噪音大、变频器过热停机等问题。

表1  站库故障变频器统计表

3.2控制回路运行现状及存在问题

联合站、中转站输油泵、掺水泵、热洗泵可采用工频或变频方式运行，分为自动和手动控制模式，变频控制系统主要采用“一带二”的控制方式，根据生产需要，调整转换开关，选择外输泵及控制信号，变频器根据三合一液位、外输油缓冲罐液位、掺水或热洗压力等生产数据调节泵的外输量，保证生产过程有效控制。

污水站变频控制系统主要和测控系统配合使用，采用远程自动控制，通过测控系统运行变频器，通过调整变频器参数，调节不同时间反冲洗水量控制，保证污水反冲洗方案正常实施，达到污水反洗指标。

配制站、注入站变频控制系统主要采用“一带一”的控制方式，配制站变频器和测控系统配合使用，远程自动控制螺杆泵，根据母液外输泵出口压力，调节泵转速，控制外输量，保证母液平稳外输。注入站、试验站变频器采用手动调速，根据地质配注方案，调节单井注入量，保证地质方案准确实施。

A厂共有6台变频器存在控制回路接线混乱、调速旋钮不灵敏、电气元件接线端子虚接、交流接触器损坏、电机热保护、控制线接触不好等问题，造成变频器停用，影响变频调速控制系统正常运行。

表2  控制回路故障统计表

4  研究变频调速系统维修技术

针对站库变频控制系统在生产运行中存在的问题，开展变频器检测维修技术和外部控制回路维护技术研究，编写站库变频控制系统维修指导手册，提高系统维修效率，保证系统运行时率，站库安全平稳运行。

4.1开展变频控制系统维修技术研究。一是通过学习理论知识和现场实践操作，完全掌握变频器维护技术，独立完成变频器的维修工作；二是研究变频控制系统外部控制回路图纸，分析交流接触器、中间继电器、热保护器等电气元件功能，掌握变频器外部线路控制回路，通过研究杏九联变频控制系统，独立设计出杏一联控制系统；三是研究设计变频控制系统维修工具，制作变频器放电装置，缩短变频器停机时电容放电时间，设计、搭建控制系统检测装置，现场检测维修后控制系统运行动态，提高变频控制系统维修效率。

4.2理顺变频控制系统维修流程。通过编写指导手册，明确变频控制系统外部控制回路诊断流程，掌握交流接触器、继电器、电位器、电气开关等电气元件检测方式；细化变频器整流模块、逆变模块、电阻、电容、霍尔元件及各种电子元件检测方法，讲解CPU板、驱动板、开关电源检测步骤，说明变频器动态测试、静态测试的相关内容；总结今年所修变频器的维修经验，从细节出发，综合分析变频器常见故障的判断方法；规范变频器维修流程，维修过程中需要岗位员工和电工配合，当确定工艺流程准确、配电线路安全后，方可开展维修工作。

图1 变频器维修流程图

图2 控制回路维修流程图

4.3开展变频调速控制改造技术研究。A厂变频器种类较多，型号较多，部分变频器投运较早，存在变频器相关技术资料缺失、生产厂家停产等问题，当变频器出现故障时，不能查阅技术手册，及时排除故障点，无法采购相应配件，严重影响变频器维修效率。针对此问题，结合变频器应用特性，选用其它厂家功能相同控制板替代原故障控制板，同时根据修复后变频器的控制方式，对外部控制回路进行适当调整，恢复变频控制系统。

改造前                               改造后

4.4开展变频控制系统维护技术培训。对采油矿地面技术员进行技术培训，使其掌握变频器工作原理及常见故障判断。一是组织仪表维护人员讲解变频调速控制系统相关知识，初步掌握变频器工作原理及各种电气元件的名称及用途；二是搭建变频调速控制系统模拟装置，现场模拟控制系统的运行动态，直观、准确表达控制系统在油田生产中发挥的作用。通过技术培训，使地面技术人员能够修改变频器简单的参数，并能对控制回路进行初步排查和维护，对于不能解决的问题，能够准确上报故障现象。

5  结  论

通过开展变频控制系统维护技术研究，完全掌握控制系统的维修方法，提高变频控制系统维修效率，提升变频器维修技术水平，同时取得以下几点成果：

5.1站库节能效果显著。控制系统外委维修时间为1个月，而自主维护时间

15天，明显缩短了系统维修时间，提高系统运行时率，降低站库运行设备能耗。

5.2确保生产平稳运行。保证联合站、中转站原油平稳外输，三合一液位、外输油缓冲罐液位等生产设备的平稳运行，提高了污水反冲洗工艺稳定性，确保污水反冲洗方案有效实施，达到污水反洗指标，同时为实现配制站精细配制、注入站精细注入、杏北油田精细开发提供技术保障。

5.3推进修旧利废工作。上半年，维修中心通过维护系统控制回路、更换故障继电器等电气元件、调整变频器参数、更换变频器故障控制板及电容等方式，自主维修11套站库变频控制系统，累计节约外委费用10万元。