王春生

摘 要：文章針對伊拉克Missan油田2011年項目初期在油田內部電氣設備陳舊老化，控制保護技術落后，伊拉克國家電網(wǎng)不穩(wěn)定的內外因素影響下，為了保障油田外輸泵的穩(wěn)定可靠運行，結合現(xiàn)場設備實際情況，提出了電壓不穩(wěn)情況的軟起方案，并在調試期間軟起故障分析處理的基礎上進行優(yōu)化，對項目后期的大功率電機的安全穩(wěn)定運行提供參考意見。

關鍵詞：可控硅；限流模式；門極驅動板；斜坡時間

引言

由于戰(zhàn)爭原因，IRAQ的電力非常緊缺，國家主電網(wǎng)為400KV和132KV等級。

截至2010年，伊拉克總裝機容量為15，070MW，以透平發(fā)電機為主，天然氣為主要燃料。機組以GE和SIEMENS發(fā)電機居多。按照伊拉克電力部規(guī)劃，將在2017底新安裝42臺 GE mega-deal gas turbines 和 10臺Siemens V94.2 units gas turbines.

而油田所在的Missan省電力需求為400MW，其實際電力供給為125MW，市區(qū)內實行分片拉閘限電，每天供電約12-18小時。油田生產區(qū)域的供電相對可以得到保障，但電網(wǎng)質量卻很差，電壓，頻率波動厲害。伊拉克Missan油田項目初期在油田內部電氣設備陳舊老化，控制保護技術落后，伊拉克國家電網(wǎng)不穩(wěn)定的內外因素影響下，為了保障油田外輸泵的穩(wěn)定可靠運行，結合現(xiàn)場設備實際情況，盡快實施主泵軟起方案以降低啟動電流且在低品質電壓下成功啟動以保障外輸是我們剛進駐油田現(xiàn)場需要首要解決的問題。

1 Missan油田外輸主泵運行概述

Missan 油田外輸系統(tǒng)共3臺主泵，根據(jù)工藝要求一用兩備。采用RUHRPUMPEN SMI 400/03*2離心泵，SCHORCH KR6032G-DA02電機驅動。電機啟動電壓6600KV，啟動電流127A，額定功率1250KW，轉速2987r/min。

圖1 外輸泵泵頭和電機銘牌

2 Missan 油田外輸泵軟起設計

結合現(xiàn)場設備實際情況，Missan油田外輸泵采用中壓軟起切換控制系統(tǒng)，共包括一臺電源進線柜、一臺中壓軟啟動柜、三臺中壓切換柜，中壓軟啟動柜是中壓軟啟動系統(tǒng)控制柜，該軟啟動柜系統(tǒng)采用美國AB公司的工業(yè)智能馬達控制器1503E-SIFX標準控制器，可以解決電機啟動時對電網(wǎng)和管路的沖擊。電機啟動電流不到直接啟動電流的一半，甚至更小，大大提高了系統(tǒng)的性能的穩(wěn)定性，并且該軟啟動裝置具有先進的電機保護特性，確保電機和電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運行。在中壓軟啟動柜上可以選擇啟動方式，啟動地點，啟動對象，以及啟動和停止負載，中壓切換柜是用來連接到負載的，用于中壓軟啟動時連接啟動對象的控制。

起動模式：軟啟動。電機的初始轉矩編程設定為轉子堵轉轉矩的0到90%，根據(jù)現(xiàn)場的情況進行調節(jié)。在加速斜坡時間內，電機的輸出電壓從初始轉矩對應的電壓穩(wěn)步上升。加速斜坡時間的調節(jié)范圍是0到30秒。在電壓斜坡上升期間，一旦MV SMC-FLEX 控制器檢測到電機達到額定轉速。輸出電壓就會自動切換到全壓，旁路接觸器閉合。

圖3 主泵軟起盤柜示意圖

3 Missan 油田主泵軟起上電啟動失敗事件分析

3.1 調試主要過程

2013年8月主泵軟起盤柜安裝完成并進入上電調試階段。并完成新裝軟起盤柜軟啟動器、功率組件的絕緣檢測，控制電路功能檢測，盤柜接地系統(tǒng)檢測。然后通過閉合L09盤柜將6600V電源送到軟啟動盤柜L14進線盤柜進線上主電調試。

各泵均試驗直起能夠啟動后才試驗軟起，將軟啟動/直接啟動轉換開關置于軟啟動位置，現(xiàn)場工藝調整為輕載，選擇啟動地點為就地，現(xiàn)場準備就緒后，在軟啟動柜啟動，準備啟動幾秒鐘后即停止，核實電機轉向是否正確，出于擔心可控硅損壞的考慮，最初的調試使用限流模式，電流限制為270%FLC，即343A，斜坡時間設置為15秒。在15秒之內，電流會限制在略低于343A（約337A），經過加壓加速，若15秒完成仍未達到切換需要的電壓，會在1-3秒內迅速加電壓加速并完成切換。若15秒內達到切換需要的電壓，會在條件達成時即完成切換。

限電流起動模式：當必須限制最大的起動電流時，該起動模式可提供真正的限流起動。可調的限流等級范圍是電機額定滿載電流的50到600%，可調的限流時間范圍是從0到30秒。在電壓斜坡上升期間，一旦MV SMC-Flex控制器檢測到電機達到額定轉速。輸出電壓就會自動切換到全壓，旁路接觸器閉合。

同時考慮到電流限制過低，會導致切換前1-3秒，實際電壓和全壓之間差距較大，對電網(wǎng)仍存在一個較大的沖擊，因此將電流限制為300%FLC，即略低于381A（約375A），斜坡時間設置為15秒。幾種方法的比較。啟動過程中的電流會稍大，但是切換前對電網(wǎng)的沖擊及壓降會小一些。在測試中B泵的狀況較好，為了試驗更理想的啟動方式。因此用B泵試驗不限流啟動，即標準軟啟動方式。設置初始轉矩為30%LRT，斜坡時間為20秒，實際試驗時，發(fā)現(xiàn)實際啟動時間約為13秒，啟動過程中大部分時間電壓降會比限流啟動大，但是啟動前瞬間電壓降沒有突然變大，對電網(wǎng)的沖擊較小。

2013年8月5日在試驗MP-B軟啟動，軟啟動投用5秒后被停止，控制室PLC報跳閘“feedback signal failure”。

3.2 故障查找與原因分析

發(fā)現(xiàn)可控硅擊穿后，安裝調試人員迅速進行原因分析和故障原因查找。測量發(fā)現(xiàn)C相5#和6#可控硅被擊穿，6#門極驅動板阻值異常，予以更換。主要測量數(shù)據(jù)如下：

3.2.1 可控硅冷卻后，在室溫下測量每相進出線之間電阻約90kΩ，目前C相電阻只有84.4kΩ，廠家工程師認為也屬合格。從右側的電壓反饋板也可測得相同數(shù)據(jù)。該電阻與溫度呈反相關，溫度高時，阻值會降低。若某一相阻值約為60kΩ，說明該相三組可控硅中有一組正反兩個可控硅有1-2個被擊穿；若某一相阻值約為30kΩ，說明該相三組可控硅中有兩組正反兩個可控硅有1-2個被擊穿；若某一相阻值約為0，說明該相三組可控硅中三組正反兩個可控硅均有1-2個被擊穿。該阻值是與三組可控硅分別并聯(lián)的陶瓷電阻的阻值。

3.2.2 硅堆散熱片里面有個熱敏電阻連接至每相2#門極驅動板，阻值80Ω左右，上下15Ω均可接受。每個可控硅門極與陰極之間電阻可以在門極驅動板測量到，在10-40Ω之間。

3.2.3 將門極和陰極線插頭拔去可以測量到100Ω的阻值，這是一對200Ω的電阻并聯(lián)的結果，若不是此值基本可以判斷門極驅動板有問題。經廠家工程師檢查控制器設置時發(fā)現(xiàn)反相報警是禁止的，將其調出來之后發(fā)現(xiàn)有此報警。據(jù)其所說他們遇到過由于反響故障導致?lián)舸┛煽毓璧墓收?，因此決定更改相序。由于目前軟啟動輸出相序和直起是相同的，因此將軟啟動電源柜的進線和三個切換柜出線都進行了調線（A和C互換），這樣既保證消除反相故障，也保證軟起輸出相序和直起依舊相同。將故障模塊更換后，軟起成功。

4 軟起改造后啟動方式比較

幾種啟動方式的比較。

（1）軟啟動明顯優(yōu)于直接啟動。在下面兩組數(shù)據(jù)的對比中，可以看出當使用軟起時，在4秒的時間內電壓從6.38kV突降至5.46kV，對電網(wǎng)造成很大的沖擊，而且很有可能會觸發(fā)進線柜的電壓保護繼電器MRU3-11D的低壓跳閘（5.61kV，6秒）。

當使用軟起時，在大部分時間，電壓降不大，而且在切換前的瞬間，電壓降也小于直接啟動，且不易觸發(fā)低壓跳閘。

表2

（2）限流軟起和不限流軟起的對比。限流軟起前期大部分時間的電壓降低于不限流軟起，但是切換前瞬間的快速加壓會對電網(wǎng)造成較大的沖擊。

表3

加大電流限制值，并適當延長斜坡時間，可以有效地減小對電網(wǎng)的沖擊和電壓降。

表4

如果電網(wǎng)電壓比較高，且泵的狀態(tài)比較好，不限流啟動可以減少對電網(wǎng)的沖擊，并且擁有較快的啟動速度，建議選擇不限流啟動。若電網(wǎng)電壓較低，或者需要起一臺以上的泵，限流啟動更為適合，因為在啟動的大部分時間電壓降會小一些，而切換前的電壓突降由于時間短，不足以觸發(fā)欠壓保護繼電器動作。

5 結束語

通過幾種軟啟動方式的試驗，并基本找到了最適用的軟啟動方案。軟啟動裝置投用之后，主泵啟動時對電網(wǎng)的沖擊有顯著降低，主泵啟動時對電網(wǎng)電壓的要求得以放寬，外輸?shù)姆€(wěn)定性得到保障。為項目后面新增的大功率電機在伊拉克復雜的電網(wǎng)環(huán)境順利投用奠定了堅實的基礎。

參考文獻

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