劉康民

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司廣東湛江 524057）

1 中壓變頻器的海上應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展

1.1 中壓變頻器的應(yīng)用：

隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，中壓變頻器也得到了廣泛的應(yīng)用。中壓變頻器可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，滿足生產(chǎn)工藝過程對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的要求，同時(shí)還能夠大幅度節(jié)約能量、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本。

以海上某平臺(tái)為例，工藝生產(chǎn)流程中采用5臺(tái)國產(chǎn)大型往復(fù)式壓縮機(jī)，其中3臺(tái)濕氣壓縮機(jī)，每臺(tái)功率達(dá)到1800KW,2臺(tái)干氣壓縮機(jī)，每臺(tái)功率2200KW，是中國海油首次實(shí)現(xiàn)大功率往復(fù)式壓縮機(jī)國產(chǎn)化應(yīng)用。其中，3臺(tái)濕氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)為兩級(jí)壓縮，2臺(tái)干氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)為一級(jí)壓縮。5臺(tái)壓縮機(jī)機(jī)體品牌一致，機(jī)械結(jié)構(gòu)基本一致，拖動(dòng)系統(tǒng)均采用國產(chǎn)中壓變頻器拖動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。

工藝流程圖如下：

圖1-1 某平臺(tái)工藝生產(chǎn)流程簡圖

1.2 中壓變頻器的優(yōu)點(diǎn)

①控制電機(jī)啟動(dòng)電流：受到海上平臺(tái)空間結(jié)構(gòu)限制，平臺(tái)電力系統(tǒng)容量有限，而天然氣壓縮機(jī)功率在1800KW到2200KW,啟動(dòng)電流極大，直接啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電涌嚴(yán)重影響其他設(shè)備安全正常運(yùn)行，而使用變頻器啟動(dòng)能充分降低啟動(dòng)電流，提高電機(jī)繞組使用壽命，同時(shí)保護(hù)平臺(tái)電力系統(tǒng)及其他用電設(shè)備。

②可控的加速功能：通過對(duì)對(duì)壓縮機(jī)啟動(dòng)條件的參數(shù)設(shè)置，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)壓縮機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)至所需轉(zhuǎn)速，以達(dá)到持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

③可調(diào)的運(yùn)行速度：利用變頻器調(diào)速功能，能夠優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)工藝生產(chǎn)過程，并并能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況迅速做出改變，還可以通過遠(yuǎn)程控制PLC或其他控制器來實(shí)現(xiàn)速度靈活變化。

④受控的停止方式：利用變頻器不同的停止方式選擇（減速停車自由停車直流制動(dòng)），同樣能減少壓縮機(jī)這樣的大型設(shè)備機(jī)械部件和電機(jī)的沖擊，從而使整個(gè)系統(tǒng)更加可靠，設(shè)備壽命也相應(yīng)增加。

⑤全面的多重保護(hù)：中壓變頻器具有輕故障，重故障及變頻器參數(shù)保護(hù)定值設(shè)置等3大項(xiàng)27類保護(hù)，對(duì)中壓變頻器本身，電機(jī)，以及平臺(tái)電網(wǎng)系統(tǒng)起到全方位保護(hù)。

2 國產(chǎn)化中壓變頻器海上應(yīng)用存在問題與適應(yīng)性改造

2.1 巧用PLC自帶頻率轉(zhuǎn)換解決壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速無法測(cè)量的問題

壓縮機(jī)機(jī)頭與電機(jī)通過飛輪的轉(zhuǎn)軸連接，最先設(shè)計(jì)測(cè)轉(zhuǎn)速的方式為通過轉(zhuǎn)速探頭測(cè)量得到脈沖頻率信號(hào)，然后進(jìn)入PLC程序中使用PLC內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算得出轉(zhuǎn)速。但在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到成本問題，未在電機(jī)內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)速探頭，當(dāng)壓縮機(jī)出現(xiàn)飛車等意外情況時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)沒有有效的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)去執(zhí)行關(guān)斷邏輯，將導(dǎo)致嚴(yán)重的生產(chǎn)事故和設(shè)備損壞。

適應(yīng)性改造措施如下：

如果增加轉(zhuǎn)速探頭，從工程量來看，需要現(xiàn)場(chǎng)對(duì)大型壓縮機(jī)進(jìn)行解體，安裝合適的轉(zhuǎn)速探頭，并且需要增加與之匹配的轉(zhuǎn)換模塊，增加控制上的邏輯反饋點(diǎn)等，資金投入很大，改造時(shí)間很長，且改造后的探頭能否與電機(jī)匹配還需實(shí)際驗(yàn)證。因此，決定利用變頻器的頻率信號(hào)來轉(zhuǎn)換為飛輪的轉(zhuǎn)速信號(hào)。利用數(shù)學(xué)基本的等比例關(guān)系，將電機(jī)頻率信號(hào)和飛輪轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，即頻率越高轉(zhuǎn)速越高，變頻器0～50Hz 對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速0～990 RPM （電機(jī)與飛輪轉(zhuǎn)速一致）。變頻器再將4～20mA電流信號(hào)傳給現(xiàn)場(chǎng)控制盤，經(jīng)過儀表控制模塊轉(zhuǎn)化后即可得到電機(jī)轉(zhuǎn)速，且數(shù)值準(zhǔn)確。此種方案只需在程序上稍作改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。硬件上也只需重新鋪設(shè)變頻器至現(xiàn)場(chǎng)控制柜通訊電纜，修改PLC程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，增加顯示畫面：

最終在畫面上得到實(shí)際轉(zhuǎn)速顯示：

圖2-1-1

在不改造壓縮機(jī)機(jī)械構(gòu)件和不增加PLC模塊的情況下，通過更改取樣點(diǎn)和修改PLC程序的方式，高效實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控功能。

2.2 巧改控制回路，修正壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示

由于前期設(shè)計(jì)的原因，該平臺(tái)的其中一臺(tái)變頻器（1#）屬于“一拖二”工作模式，即一臺(tái)變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)壓縮機(jī)。由于帶載功率大，又屬于“一拖二”模式，因此該變頻器有一臺(tái)輸出切換柜，正常狀態(tài)下，該輸出切換柜的隔離刀閘QS1（濕氣）,QS2（干氣），兩臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，取自該兩個(gè)隔離刀閘開關(guān)狀態(tài)。在正常工作模式下，由于兩個(gè)隔離刀閘開關(guān)沒有切斷負(fù)荷電流的能力，常態(tài)下該隔離開關(guān)長期處于閉合狀態(tài)，因此，當(dāng)兩臺(tái)壓縮機(jī)都在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，兩臺(tái)運(yùn)行指示燈保持常亮，顯示兩臺(tái)壓縮機(jī)都在運(yùn)行，而當(dāng)1#變頻器帶動(dòng)一臺(tái)其中一臺(tái)壓縮機(jī)時(shí)，兩臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示燈同時(shí)保持常亮，無法對(duì)在運(yùn)行的壓縮機(jī)狀態(tài)進(jìn)行正確指示，如圖：

圖2-2-1QS1,QS2隔離刀閘長期處于閉合狀態(tài)

適應(yīng)性改造措施如下：

因此將顯示干濕氣壓縮機(jī)運(yùn)行信號(hào)取點(diǎn)改為輸出切換柜KM1和KM2的狀態(tài)點(diǎn)，達(dá)到運(yùn)行時(shí)在面板上正確顯示的目的。

圖2-2-2 將運(yùn)行顯示狀態(tài)點(diǎn)改為從兩臺(tái)變頻輸出接觸器取

KM1 和 KM2 為該輸出切換柜的兩個(gè)變頻器下端輸出接觸器，與其相連的便是現(xiàn)場(chǎng)兩臺(tái)壓縮機(jī)，通過對(duì)兩個(gè)接觸器狀態(tài)的選取，能夠更加直接反映所運(yùn)行的變頻器的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

再將此狀態(tài)信號(hào)從PLC輸出PLCE1模塊上DQa0.6/0.7控制的備用中間繼電器CR17（濕氣）和CR18（干氣）的常閉點(diǎn)（由于PLC里邊取自反邏輯，因此取閉點(diǎn)）

圖2-2-3 取CR17,CR18備用輸出點(diǎn)

最終將取自CR17和CR18的長閉觸點(diǎn)分別引入1#變頻器的中壓柜的運(yùn)行狀態(tài)輸出二次回路中去，經(jīng)過測(cè)試后，狀態(tài)顯示正常。如圖：

圖2-2-4 長閉觸點(diǎn)分別引入中壓柜狀態(tài)顯示回路

2.3 修改變頻器關(guān)斷邏輯，保障壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段，對(duì)1#變頻器（一拖二）邏輯控制進(jìn)行測(cè)試時(shí)，存在一個(gè)問題：當(dāng)不受變頻器控制的壓縮機(jī)，在維修，失電狀態(tài)下，會(huì)直接關(guān)斷變頻器，如果此時(shí)變頻器正在驅(qū)動(dòng)另一臺(tái)變頻器，將造成被驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)會(huì)不正常停機(jī)。

換句話說目前的設(shè)計(jì)邏輯，沒有對(duì)來自兩個(gè)壓縮機(jī)控制盤的的急停信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，這樣就造成，任意一臺(tái)壓縮機(jī)控制盤的急停，失電，中控ESD.都會(huì)將1#變頻器停掉。

適應(yīng)性改造如下：

使用輸出切換柜內(nèi)輸出接觸器KM1和KM2的狀態(tài)，分別對(duì)來自干氣壓縮機(jī)A（包括ESD）和濕氣壓縮機(jī)A（包括ESD）的急停信號(hào)進(jìn)行并聯(lián)，已達(dá)到區(qū)分兩臺(tái)壓縮機(jī)在特殊狀況下急停信號(hào)的目的，如圖：

圖2-3-1 取該備用輸出點(diǎn)

將兩臺(tái)壓縮機(jī)的ESD信號(hào)并聯(lián)，如圖：

圖2-3-2 將兩臺(tái)壓縮機(jī)ESD信號(hào)并聯(lián)，接入現(xiàn)場(chǎng)控制盤

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)重新拉設(shè)電纜和接線，在后續(xù)的測(cè)試和調(diào)試過程中，1#變頻器很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)壓縮機(jī)緊急關(guān)斷的功能。

3 結(jié)束語

由于海洋石油平臺(tái)的工藝生產(chǎn)連續(xù)性，穩(wěn)定性和要求，對(duì)于壓縮機(jī)及其變頻器的運(yùn)行可靠性的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)更高，更是相對(duì)于國內(nèi)中高壓變頻器來說，國外中高壓變頻器的品牌一直是國內(nèi)市場(chǎng)主力，而通過對(duì)該海上油氣平臺(tái)首次大規(guī)模應(yīng)用國產(chǎn)化中壓變頻器海上調(diào)試的過程，進(jìn)一步解決了國產(chǎn)中高壓變頻器與海上生產(chǎn)需求之間存在的矛盾，與技術(shù)上的缺陷，通過不斷的調(diào)整與適應(yīng)性改造，國產(chǎn)中壓變頻器最終能夠適應(yīng)海洋石油平臺(tái)工藝生產(chǎn)需求，持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，本項(xiàng)目的適應(yīng)性改造也為以后國內(nèi)同行業(yè)在對(duì)國中高壓變頻器應(yīng)用方面提供了范本。