海洋平臺(tái)專(zhuān)用IP56變頻器散熱系統(tǒng)智能化升級(jí)

引言

在設(shè)計(jì)之初,潛油平臺(tái)對(duì)整個(gè)平臺(tái)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(lèi),室內(nèi)設(shè)備需要空調(diào)、消防、保溫防護(hù)等各類(lèi)配套設(shè)施,會(huì)附加大量額外費(fèi)用。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和調(diào)試,在電潛泵控制變頻器基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)出了海洋平臺(tái)專(zhuān)用IP56變頻器,其能直接安裝在平臺(tái)甲板上,無(wú)須額外附加設(shè)施,大大降低了整體費(fèi)用。防護(hù)等級(jí)是指按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗(yàn)方法,外殼對(duì)接近危險(xiǎn)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(huì)影響電器的正常運(yùn)作:1Px6是指任意方向直接受到水的噴射都不會(huì)進(jìn)入內(nèi)部。

但在變頻器實(shí)際使用過(guò)程中,設(shè)備外循環(huán)散熱系統(tǒng)的主要軸流風(fēng)機(jī),因?yàn)榍捌谑┕きh(huán)境過(guò)于惡劣,風(fēng)機(jī)外罩中進(jìn)入大量鐵屑,外加海洋平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為潮濕,雖然灰塵的進(jìn)入未對(duì)設(shè)備造成直接影響,但是運(yùn)行一定時(shí)間后,潮濕的灰塵粘附在風(fēng)機(jī)扇葉上,導(dǎo)致風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間重心偏移運(yùn)行,磨損軸承,造成散熱效果不佳,設(shè)備無(wú)法正常散熱,產(chǎn)生高溫報(bào)警停機(jī)故障。本文針對(duì)IP56變頻器使用過(guò)程中遇到的風(fēng)機(jī)損壞、設(shè)備高溫報(bào)警停機(jī)等情況,從增加風(fēng)機(jī)智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的處理方案出發(fā),介紹了海洋平臺(tái)IP56變頻器散熱系統(tǒng)的升級(jí)過(guò)程。

1故障原因分析

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的某平臺(tái)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(shí)環(huán)境較為惡劣,連接動(dòng)力電纜時(shí)柜門(mén)無(wú)法關(guān)閉,柜體無(wú)法完全防護(hù),上電前清理不到位,沒(méi)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(tái)后,位于采油平臺(tái)的甲板面上,屬于戶(hù)外安裝,現(xiàn)場(chǎng)不具備空調(diào)、風(fēng)機(jī)等可對(duì)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(chǎng)為室外安裝,變頻器運(yùn)行后風(fēng)機(jī)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(wèn)題。以上客觀因素和天氣條件都給設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

在設(shè)備運(yùn)行最初的兩年時(shí)間里,有近十臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了故障,原因均為軸流風(fēng)機(jī)軸承腐蝕、扇葉銹蝕,如圖1所示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),出現(xiàn)問(wèn)題的風(fēng)機(jī)設(shè)備安裝位置均在風(fēng)口或靠近平臺(tái)懸邊的區(qū)域。隨即將安裝位置臨近懸邊的變頻器風(fēng)機(jī)與安裝位置靠里的變頻器風(fēng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比,安裝位置靠里的風(fēng)機(jī)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(jī)。

圖1受腐蝕的變頻器軸流風(fēng)機(jī)外觀

綜合以上檢測(cè)、對(duì)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(jī)軸承卡堵、銹蝕,磨損加快,運(yùn)行一段時(shí)間后軸承損壞,風(fēng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而造成變頻器散熱能力減弱,功率單元超過(guò)100C后,報(bào)"變頻器過(guò)熱"停機(jī)。

2風(fēng)機(jī)防護(hù)升級(jí)

延長(zhǎng)軸流風(fēng)機(jī)的使用壽命可從增強(qiáng)風(fēng)機(jī)自身性能及提高風(fēng)機(jī)外部防護(hù)等級(jí)兩方面入手:

(1)增強(qiáng)風(fēng)機(jī)自身性能:由于現(xiàn)場(chǎng)工作條件有限,可以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況的風(fēng)機(jī)無(wú)法與變頻器相匹配,因此增強(qiáng)風(fēng)機(jī)自身性能方面的可實(shí)施性不高。

(℃)提高風(fēng)機(jī)外部防護(hù)等級(jí):雖然風(fēng)機(jī)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(jí),只能為風(fēng)機(jī)提供單獨(dú)的風(fēng)道。若在風(fēng)道內(nèi)對(duì)外部輸入的空氣進(jìn)行過(guò)濾,將空氣中的濕氣、鹽霧、塵土濾除,那么就可以有效延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。

考慮到升級(jí)的難易程度以及后期改造的實(shí)際情況,可以通過(guò)以下三個(gè)措施對(duì)風(fēng)機(jī)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(jī)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(huì)嚴(yán)重影響進(jìn)風(fēng)量,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)風(fēng)量。

3風(fēng)機(jī)狀態(tài)智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.1風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

如何采集現(xiàn)場(chǎng)變頻器溫度以及采集溫度位置,是準(zhǔn)確反饋設(shè)備運(yùn)行情況的重點(diǎn),同時(shí)也是智能化監(jiān)測(cè)不可或缺的一部分。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,通過(guò)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(yùn)行情況:

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

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

3.2風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)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(jī)界面通過(guò)MoDBUsRTU與變頻器進(jìn)行Rs485通信。升級(jí)后,將三組IT100溫度傳感器作為最高溫度檢測(cè)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(cè)柜內(nèi)空間溫度。

圖3溫度檢測(cè)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(guò)通信參數(shù)設(shè)置,與柜內(nèi)人機(jī)界面HM2進(jìn)行Rs℃3℃通信,將溫度數(shù)值和報(bào)警狀態(tài)傳遞至人機(jī)界面進(jìn)行顯示,同時(shí)人機(jī)界面通過(guò)通信將溫度數(shù)值和報(bào)警設(shè)定值數(shù)據(jù)傳遞至C2卡內(nèi)。

C2卡經(jīng)過(guò)邏輯計(jì)算實(shí)現(xiàn)溫度邏輯保護(hù)功能。現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求在圖5人機(jī)HM2畫(huà)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(guò)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(chǎng)操作人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行處理。

圖5變頻器模塊溫度檢測(cè)及報(bào)警

3.3風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)升級(jí)后,對(duì)溫度報(bào)警值和關(guān)斷值進(jìn)行設(shè)定,暫不投入使用,將風(fēng)機(jī)電源關(guān)斷,變頻器運(yùn)行一段時(shí)間后溫度顯著提升,直至最高70℃:風(fēng)機(jī)投入使用后,溫度明顯降低,直至43℃。風(fēng)機(jī)投入前后的溫度變化對(duì)比圖如圖6所示。

4結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)戶(hù)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(guò)相對(duì)簡(jiǎn)易、有效的技術(shù)手段將散熱系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況智能化地傳遞到現(xiàn)場(chǎng)中控,使得現(xiàn)場(chǎng)的散熱系統(tǒng)能長(zhǎng)久高效運(yùn)行。主要技術(shù)手段如下:(1)對(duì)原有基于軸流風(fēng)機(jī)散熱的變頻器進(jìn)行升級(jí),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(guò)對(duì)軸流風(fēng)機(jī)防護(hù)體系的升級(jí),對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行智能化監(jiān)測(cè),達(dá)到了風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo):(2)增加智能化變頻器散熱系統(tǒng),對(duì)變頻器散熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不佳時(shí)提前報(bào)警,協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)人員做好變頻器維保工作。