Missan油田外输泵软起方案及故障分析

摘 要：文章针对伊拉克Missan油田2011年项目初期在油田内部电气设备陈旧老化，控制保护技术落后，伊拉克国家电网不稳定的内外因素影响下，为了保障油田外输泵的稳定可靠运行，结合现场设备实际情况，提出了电压不稳情况的软起方案，并在调试期间软起故障分析处理的基础上进行优化，对项目后期的大功率电机的安全稳定运行提供参考意见。

关键词：可控硅；限流模式；门极驱动板；斜坡时间

引言

由于战争原因，IRAQ的电力非常紧缺，国家主电网为400KV和132KV等级。

截至2010年，伊拉克总装机容量为15，070MW，以透平发电机为主，天然气为主要燃料。机组以GE和SIEMENS发电机居多。按照伊拉克电力部规划，将在2017底新安装42台 GE mega-deal gas turbines 和 10台Siemens V94.2 units gas turbines.

而油田所在的Missan省电力需求为400MW，其实际电力供给为125MW，市区内实行分片拉闸限电，每天供电约12-18小时。油田生产区域的供电相对可以得到保障，但电网质量却很差，电压，频率波动厉害。伊拉克Missan油田项目初期在油田内部电气设备陈旧老化，控制保护技术落后，伊拉克国家电网不稳定的内外因素影响下，为了保障油田外输泵的稳定可靠运行，结合现场设备实际情况，尽快实施主泵软起方案以降低启动电流且在低品质电压下成功启动以保障外输是我们刚进驻油田现场需要首要解决的问题。

1 Missan油田外输主泵运行概述

Missan 油田外输系统共3台主泵，根据工艺要求一用两备。采用RUHRPUMPEN SMI 400/03*2离心泵，SCHORCH KR6032G-DA02电机驱动。电机启动电压6600KV，启动电流127A，额定功率1250KW，转速2987r/min。

图1 外输泵泵头和电机铭牌

2 Missan 油田外输泵软起设计

结合现场设备实际情况，Missan油田外输泵采用中压软起切换控制系统，共包括一台电源进线柜、一台中压软启动柜、三台中压切换柜，中压软启动柜是中压软启动系统控制柜，该软启动柜系统采用美国AB公司的工业智能马达控制器1503E-SIFX标准控制器，可以解决电机启动时对电网和管路的冲击。电机启动电流不到直接启动电流的一半，甚至更小，大大提高了系统的性能的稳定性，并且该软启动装置具有先进的电机保护特性，确保电机和电网系统的安全可靠运行。在中压软启动柜上可以选择启动方式，启动地点，启动对象，以及启动和停止负载，中压切换柜是用来连接到负载的，用于中压软启动时连接启动对象的控制。

起动模式：软启动。电机的初始转矩编程设定为转子堵转转矩的0到90%，根据现场的情况进行调节。在加速斜坡时间内，电机的输出电压从初始转矩对应的电压稳步上升。加速斜坡时间的调节范围是0到30秒。在电压斜坡上升期间，一旦MV SMC-FLEX 控制器检测到电机达到额定转速。输出电压就会自动切换到全压，旁路接触器闭合。

图3 主泵软起盘柜示意图

3 Missan 油田主泵软起上电启动失败事件分析

3.1 调试主要过程

2013年8月主泵软起盘柜安装完成并进入上电调试阶段。并完成新装软起盘柜软启动器、功率组件的绝缘检测，控制电路功能检测，盘柜接地系统检测。然后通过闭合L09盘柜将6600V电源送到软启动盘柜L14进线盘柜进线上主电调试。

各泵均试验直起能够启动后才试验软起，将软启动/直接启动转换开关置于软启动位置，现场工艺调整为轻载，选择启动地点为就地，现场准备就绪后，在软启动柜启动，准备启动几秒钟后即停止，核实电机转向是否正确，出于担心可控硅损坏的考虑，最初的调试使用限流模式，电流限制为270%FLC，即343A，斜坡时间设置为15秒。在15秒之内，电流会限制在略低于343A（约337A），经过加压加速，若15秒完成仍未达到切换需要的电压，会在1-3秒内迅速加电压加速并完成切换。若15秒内达到切换需要的电压，会在条件达成时即完成切换。

限电流起动模式：当必须限制最大的起动电流时，该起动模式可提供真正的限流起动。可调的限流等级范围是电机额定满载电流的50到600%，可调的限流时间范围是从0到30秒。在电压斜坡上升期间，一旦MV SMC-Flex控制器检测到电机达到额定转速。输出电压就会自动切换到全压，旁路接触器闭合。

同时考虑到电流限制过低，会导致切换前1-3秒，实际电压和全压之间差距较大，对电网仍存在一个较大的冲击，因此将电流限制为300%FLC，即略低于381A（约375A），斜坡时间设置为15秒。几种方法的比较。启动过程中的电流会稍大，但是切换前对电网的冲击及压降会小一些。在测试中B泵的状况较好，为了试验更理想的启动方式。因此用B泵试验不限流启动，即标准软启动方式。设置初始转矩为30%LRT，斜坡时间为20秒，实际试验时，发现实际启动时间约为13秒，启动过程中大部分时间电压降会比限流启动大，但是启动前瞬间电压降没有突然变大，对电网的冲击较小。

2013年8月5日在试验MP-B软启动，软启动投用5秒后被停止，控制室PLC报跳闸“feedback signal failure”。

3.2 故障查找与原因分析

发现可控硅击穿后，安装调试人员迅速进行原因分析和故障原因查找。测量发现C相5#和6#可控硅被击穿，6#门极驱动板阻值异常，予以更换。主要测量数据如下：

3.2.1 可控硅冷却后，在室温下测量每相进出线之间电阻约90kΩ，目前C相电阻只有84.4kΩ，厂家工程师认为也属合格。从右侧的电压反馈板也可测得相同数据。该电阻与温度呈反相关，温度高时，阻值会降低。若某一相阻值约为60kΩ，说明该相三组可控硅中有一组正反两个可控硅有1-2个被击穿；若某一相阻值约为30kΩ，说明该相三组可控硅中有两组正反两个可控硅有1-2个被击穿；若某一相阻值约为0，说明该相三组可控硅中三组正反两个可控硅均有1-2个被击穿。该阻值是与三组可控硅分别并联的陶瓷电阻的阻值。

3.2.2 硅堆散热片里面有个热敏电阻连接至每相2#门极驱动板，阻值80Ω左右，上下15Ω均可接受。每个可控硅门极与阴极之间电阻可以在门极驱动板测量到，在10-40Ω之间。

3.2.3 将门极和阴极线插头拔去可以测量到100Ω的阻值，这是一对200Ω的电阻并联的结果，若不是此值基本可以判断门极驱动板有问题。经厂家工程师检查控制器设置时发现反相报警是禁止的，将其调出来之后发现有此报警。据其所说他们遇到过由于反响故障导致击穿可控硅的故障，因此决定更改相序。由于目前软启动输出相序和直起是相同的，因此将软启动电源柜的进线和三个切换柜出线都进行了调线（A和C互换），这样既保证消除反相故障，也保证软起输出相序和直起依旧相同。将故障模块更换后，软起成功。

4 软起改造后启动方式比较

几种启动方式的比较。

（1）软启动明显优于直接启动。在下面两组数据的对比中，可以看出当使用软起时，在4秒的时间内电压从6.38kV突降至5.46kV，对电网造成很大的冲击，而且很有可能会触发进线柜的电压保护继电器MRU3-11D的低压跳闸（5.61kV，6秒）。

当使用软起时，在大部分时间，电压降不大，而且在切换前的瞬间，电压降也小于直接启动，且不易触发低压跳闸。

表2

（2）限流软起和不限流软起的对比。限流软起前期大部分时间的电压降低于不限流软起，但是切换前瞬间的快速加压会对电网造成较大的冲击。

表3

加大电流限制值，并适当延长斜坡时间，可以有效地减小对电网的冲击和电压降。

表4

如果电网电压比较高，且泵的状态比较好，不限流启动可以减少对电网的冲击，并且拥有较快的启动速度，建议选择不限流启动。若电网电压较低，或者需要起一台以上的泵，限流启动更为适合，因为在启动的大部分时间电压降会小一些，而切换前的电压突降由于时间短，不足以触发欠压保护继电器动作。

5 结束语

通过几种软启动方式的试验，并基本找到了最适用的软启动方案。软启动装置投用之后，主泵启动时对电网的冲击有显著降低，主泵启动时对电网电压的要求得以放宽，外输的稳定性得到保障。为项目后面新增的大功率电机在伊拉克复杂的电网环境顺利投用奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]贾国荣，张方.电子式软启动下感应电机的启动过程[J].电力系统及其自动化学报，2005，3.

[2]田林红.爆炸性气体环境中电动机智能软启动器的应用分析[J].电气防爆，2005，2.

[3]张学峰.变频调速异步电动机频率变化极限[J].防爆电机，2005，4.

[4]杨伟，吴茂刚.电机软启动器的原理与应用[J].农机化研究，2005，2.

[5]程游明.浅谈软起动及其应用[J].上海电机厂科技情报，2001，2.

[6]张绍文.电动机软起动技术及其应用[J].唐山学院学报，2003，6.