引言

在設(shè)計之初,潛油平臺對整個平臺設(shè)備布局、結(jié)構(gòu)要求極其嚴(yán)格,使用環(huán)境初步分為室內(nèi)和室外兩類,室內(nèi)設(shè)備需要空調(diào)、消防、保溫防護(hù)等各類配套設(shè)施,會附加大量額外費用。經(jīng)過設(shè)計和調(diào)試,在電潛泵控制變頻器基礎(chǔ)上,開發(fā)出了海洋平臺專用IP56變頻器,其能直接安裝在平臺甲板上,無須額外附加設(shè)施,大大降低了整體費用。防護(hù)等級是指按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗方法,外殼對接近危險部件、防止固體異物或水進(jìn)入所提供的保護(hù)程度。IP56是指雖不能完全防止灰塵侵入,但灰塵的侵入量不會影響電器的正常運作:1Px6是指任意方向直接受到水的噴射都不會進(jìn)入內(nèi)部。

但在變頻器實際使用過程中,設(shè)備外循環(huán)散熱系統(tǒng)的主要軸流風(fēng)機,因為前期施工環(huán)境過于惡劣,風(fēng)機外罩中進(jìn)入大量鐵屑,外加海洋平臺現(xiàn)場環(huán)境較為潮濕,雖然灰塵的進(jìn)入未對設(shè)備造成直接影響,但是運行一定時間后,潮濕的灰塵粘附在風(fēng)機扇葉上,導(dǎo)致風(fēng)機長時間重心偏移運行,磨損軸承,造成散熱效果不佳,設(shè)備無法正常散熱,產(chǎn)生高溫報警停機故障。本文針對IP56變頻器使用過程中遇到的風(fēng)機損壞、設(shè)備高溫報警停機等情況,從增加風(fēng)機智能化監(jiān)測系統(tǒng)的處理方案出發(fā),介紹了海洋平臺IP56變頻器散熱系統(tǒng)的升級過程。

1故障原因分析

現(xiàn)場實際應(yīng)用的某平臺位于渤海灣,夏天變頻器所處環(huán)境溫度最高可達(dá)40℃,冬天變頻器所處環(huán)境最低溫度可至零下20℃。設(shè)備前期陸地安裝時環(huán)境較為惡劣,連接動力電纜時柜門無法關(guān)閉,柜體無法完全防護(hù),上電前清理不到位,沒有完全清理干凈,設(shè)備內(nèi)部器件滿是灰塵、鐵屑等雜質(zhì):安裝至平臺后,位于采油平臺的甲板面上,屬于戶外安裝,現(xiàn)場不具備空調(diào)、風(fēng)機等可對局部空間溫度進(jìn)行調(diào)整的條件。由于變頻器前期防護(hù)不到位,現(xiàn)場為室外安裝,變頻器運行后風(fēng)機散熱效果不佳:加上所處環(huán)境除了四季、早晚溫差較大,還存在空氣中所含鹽霧量大、濕度大、塵土多等問題。以上客觀因素和天氣條件都給設(shè)備的穩(wěn)定運行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

在設(shè)備運行最初的兩年時間里,有近十臺軸流風(fēng)機出現(xiàn)了故障,原因均為軸流風(fēng)機軸承腐蝕、扇葉銹蝕,如圖1所示。通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn),出現(xiàn)問題的風(fēng)機設(shè)備安裝位置均在風(fēng)口或靠近平臺懸邊的區(qū)域。隨即將安裝位置臨近懸邊的變頻器風(fēng)機與安裝位置靠里的變頻器風(fēng)機進(jìn)行對比,安裝位置靠里的風(fēng)機雖也出現(xiàn)了腐蝕情況,但整體腐蝕程度要遠(yuǎn)低于位于懸邊的變頻器風(fēng)機。

圖1受腐蝕的變頻器軸流風(fēng)機外觀

綜合以上檢測、對比、分析,判定變頻器故障是由于扇葉積塵嚴(yán)重、腐蝕嚴(yán)重,導(dǎo)致風(fēng)機軸承卡堵、銹蝕,磨損加快,運行一段時間后軸承損壞,風(fēng)機停止轉(zhuǎn)動,進(jìn)而造成變頻器散熱能力減弱,功率單元超過100C后,報"變頻器過熱"停機。

2風(fēng)機防護(hù)升級

延長軸流風(fēng)機的使用壽命可從增強風(fēng)機自身性能及提高風(fēng)機外部防護(hù)等級兩方面入手:

(1)增強風(fēng)機自身性能:由于現(xiàn)場工作條件有限,可以適應(yīng)現(xiàn)場工況的風(fēng)機無法與變頻器相匹配,因此增強風(fēng)機自身性能方面的可實施性不高。

(℃)提高風(fēng)機外部防護(hù)等級:雖然風(fēng)機安裝位置在變頻柜內(nèi)部,但考慮到柜體所需的2I56防護(hù)等級,只能為風(fēng)機提供單獨的風(fēng)道。若在風(fēng)道內(nèi)對外部輸入的空氣進(jìn)行過濾,將空氣中的濕氣、鹽霧、塵土濾除,那么就可以有效延長風(fēng)機的使用壽命。

考慮到升級的難易程度以及后期改造的實際情況,可以通過以下三個措施對風(fēng)機防護(hù)進(jìn)行優(yōu)化:

(1)如圖℃所示,在變頻器進(jìn)氣格柵處以增加濾棉的形式,改善軸流風(fēng)機的工作條件。

圖2增加濾棉后的通風(fēng)柵

(2)考慮到濾網(wǎng)吸附滿后會嚴(yán)重影響進(jìn)風(fēng)量,根據(jù)現(xiàn)場情況制訂了濾網(wǎng)定期更換的制度,保障了濕氣、鹽霧、塵土的有效濾除。

(3)定期清潔通風(fēng)格柵,保障風(fēng)機風(fēng)量。

3風(fēng)機狀態(tài)智能化監(jiān)測系統(tǒng)

3.1風(fēng)機監(jiān)測系統(tǒng)原理

如何采集現(xiàn)場變頻器溫度以及采集溫度位置,是準(zhǔn)確反饋設(shè)備運行情況的重點,同時也是智能化監(jiān)測不可或缺的一部分。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研,通過采集變頻器模塊溫度以及柜內(nèi)環(huán)境溫度,可以直觀地反映出設(shè)備運行情況:

(1)設(shè)備負(fù)載變化不大時,變頻器溫度提升,環(huán)境溫度不變,說明風(fēng)機散熱能力下降,需要準(zhǔn)備風(fēng)機備件,擇時更換:

(2)設(shè)備負(fù)載變化不大時,變頻器溫度提升,環(huán)境溫度提升,說明濾棉、格柵需要清潔、更換。

3.2風(fēng)機監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方法

原有控制系統(tǒng)是使用原廠配套控制卡(C2卡)進(jìn)行控制邏輯編程,觸摸屏人機界面通過MoDBUsRTU與變頻器進(jìn)行Rs485通信。升級后,將三組IT100溫度傳感器作為最高溫度檢測裝置安裝到正弦電抗三相孔隙內(nèi),如圖3所示:第四組IT100溫度傳感器安裝到柜體頂部模塊上方檢測柜內(nèi)空間溫度。

圖3溫度檢測PT100安裝至電抗內(nèi)

如圖4所示,連接到智能溫度控制儀表采集四組溫度后,經(jīng)過通信參數(shù)設(shè)置,與柜內(nèi)人機界面HM2進(jìn)行Rs℃3℃通信,將溫度數(shù)值和報警狀態(tài)傳遞至人機界面進(jìn)行顯示,同時人機界面通過通信將溫度數(shù)值和報警設(shè)定值數(shù)據(jù)傳遞至C2卡內(nèi)。

C2卡經(jīng)過邏輯計算實現(xiàn)溫度邏輯保護(hù)功能。現(xiàn)場人員根據(jù)實際生產(chǎn)需求在圖5人機HM2畫面上設(shè)置和調(diào)整設(shè)備溫度限值,并將其傳輸至控制卡內(nèi),控制卡通過程序?qū)Σ杉降臏囟扰c設(shè)定溫度進(jìn)行比較,判定比較結(jié)果,并將判定結(jié)果傳至中控,以便于現(xiàn)場操作人員第一時間發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理。

圖5變頻器模塊溫度檢測及報警

3.3風(fēng)機監(jiān)測系統(tǒng)測試

系統(tǒng)升級后,對溫度報警值和關(guān)斷值進(jìn)行設(shè)定,暫不投入使用,將風(fēng)機電源關(guān)斷,變頻器運行一段時間后溫度顯著提升,直至最高70℃:風(fēng)機投入使用后,溫度明顯降低,直至43℃。風(fēng)機投入前后的溫度變化對比圖如圖6所示。

4結(jié)語

本文針對戶外安裝的IP56變頻器散熱系統(tǒng)中存在的不足進(jìn)行了分析,并介紹了如何通過相對簡易、有效的技術(shù)手段將散熱系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀況智能化地傳遞到現(xiàn)場中控,使得現(xiàn)場的散熱系統(tǒng)能長久高效運行。主要技術(shù)手段如下:(1)對原有基于軸流風(fēng)機散熱的變頻器進(jìn)行升級,在不改變標(biāo)準(zhǔn)變頻器功率模塊結(jié)構(gòu)的前提下,通過對軸流風(fēng)機防護(hù)體系的升級,對風(fēng)機運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行智能化監(jiān)測,達(dá)到了風(fēng)機長期穩(wěn)定運行的目標(biāo):(2)增加智能化變頻器散熱系統(tǒng),對變頻器散熱風(fēng)機進(jìn)行長期監(jiān)測,在風(fēng)機運轉(zhuǎn)不佳時提前報警,協(xié)助現(xiàn)場人員做好變頻器維保工作。