一例高壓柜控制電源接地故障診斷

陳秀芳CHEN Xiu-fang；陳興洲CHEN Xing-zhou

（①七冶安裝工程有限責任公司，貴陽 550000；②河南工業大學機電工程學院，鄭州 450000）

（①The Seventh Metallurgical Construction Installation Engineering Corp.Ltd.，Guiyang 550000，China；②College of Mechanical and Electrical Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou 450000，China）

0 引言

在冶金系統的自動化生產線中，控制柜工作的環境惡劣，整個控制系統構成復雜，對控制系統工作穩定性要求高。在施工調試過程中，由于各種原因引起的故障排除及原因查找對項目驗收和后續投產具有至關重要的作用。

1 故障產生與表現

在筆者所在公司承建的某氧化鋁廠原料車間新增輥壓機及其附屬設備安裝工程施工的調試試車階段，直流屏顯示高壓柜控制電源接地。故障發生的過程是在輥壓機試車時，根據試車流程，首先選擇啟動輥壓機的動輥高壓電機及定輥高壓電機并進行24 小時空載運行，檢查高壓電機運行情況，在這一步電機空運行狀態正常。第二步在高壓電機空運行24 小時正常后，將高壓電機與輥壓機連接，選擇由輥壓機廠家配套的控制系統柜啟動輥壓機，對輥壓機進行空負荷試車。并在空負荷試車前，首先將動輥和定輥高壓柜斷路器小車由試驗位置放至工作位置，將高壓柜、就地轉換開關轉換到遠方位置，高壓電機啟動電阻（水電阻）柜、輔助設備及PLC 柜準備完畢，此時系統啟動柜觸摸屏狀態顯示輥壓機備妥并允許啟動。然后啟動輥壓機，此時動輥高壓電機開始按照預先設定的程序啟動運行，動輥高壓電機運行正常后，再程序啟動定輥高壓電機，此時直流屏顯示高壓柜控制回路接地，發出故障報警信號，并且在觸摸屏上無法復位故障告警信號。

2 故障診斷與排除

故障發生后，根據安全操作規范停止試車并對高壓柜控制回路進行檢查。

首先按下停止按鈕，輥壓機高壓開關柜斷路器斷開，停止輥壓機運行，然后斷開高壓開關柜控制電源，用500V絕緣搖表對控制回路進行絕緣檢查，檢查結果顯示高壓柜控制回路絕緣良好，沒有接地。根據檢查結果沒有接地，再次啟動輥壓機，輥壓機啟動后直流屏再次報高壓柜控制回路接地故障。此時用數字萬用表測量高壓柜控制回路正對地電壓為+110V，負對地電壓-109V，測量結果顯示高壓柜控制電源正常，高壓柜控制回路并沒有接地，但是此時直流屏顯示的高壓柜控制回路接地故障及報警信號無法復位。根據以上表現，初步分析確定故障原因不是高壓柜控制回路接地造成，可能是交流干擾引起的直流屏報高壓柜控制回路接地故障。用數字萬用表測量高壓柜控制回路交流電壓，測量結果顯示高壓柜控制電源里面交流電壓幅值高達50～60V。

至此，找到交流電壓的來源至關重要。通過對系統原理圖、接線圖分析，在高壓開關柜上除了控制回路是直流電源外，交流電源只能是通過外部送進來的。通過對設計圖紙與各個設備廠家資料對比查看發現，就地控制箱上的就地、遠方選擇開關信號、輔助設備自動控制用PLC 柜I/O 信號均采用交流220V 電源供電，輥壓機配套的系統啟動柜PLC 的I/O 信號及高壓電機啟動用水電阻柜PLC的I/O 信號也采用交流220V 電源供電，并且這幾個電柜引到高壓柜的交直流信號回路和控制回路共用一根電纜。為了確認高壓柜控制回路接地故障是否為交流電源引起，計劃采用分路檢測進行檢查。首先將這幾個電柜的交流信號回路從端子板拆除，然后再次測量高壓開關柜直流控制回路里的交流電壓的幅值，此時測量發現高壓開關柜直流控制回路里的交流電壓幅值由50～60V 下降到3～4V 左右，同時在直流屏上高壓柜控制回路接地故障信號也自動消除了。為了進一步驗證，重新將拆除的各分路交流信號線逐一恢復，同時測量高壓柜直流控制回路的交流電壓。第一步先把就地控制箱上的交流信號恢復，然后測量高壓開關柜直流控制回路的交流電壓，結果顯示高壓開關柜控制回路里的交流電壓幅值上升到7～10V。第二步把輔助設備自動控制用PLC 柜拆除的I/O 信號線恢復，測量高壓柜直流控制回路的交流電壓，此時高壓控制柜上直流控制回路里的交流電壓上升到17～20V 左右。然后把系統啟動柜PLC 拆除的I/O 信號線恢復，高壓控制柜直流控制回路里的交流電壓上升到35～40V 左右。最后把水電阻柜PLC 拆除的I/O 信號線恢復，高壓柜直流控制回路里的交流電壓上升到50～60V 左右。根據以上檢測結果，確認故障原因是因為高壓柜里直流控制回路直流電源與各輔助設備之間的I/O 交流信號共用電纜造成。擬定故障解決方案是采用交直流分離電路，通過改造將交流信號回路從直流控制回路電纜中分離出去，這樣使直流控制回路電源和交流信號回路電源電纜隔離屏蔽，互不干擾。經過再次試車，設備故障消失，并帶負荷試車至投產，均沒有再次發生此故障。

3 故障原因分析

在進行此類設備調試時，經常會有此類故障產生，根據分析，產生此類故障原因主要有以下兩點：

①設計中沒有遵循信號回路和控制回路獨立的原則。在圖紙中只考慮高壓開關柜操作所用的直流控制電源，沒有考慮高壓開關柜提供的無源信號接點接到PLC 的I/O信號回路電源是交流電源，并且沒有將信號回路和控制回路電纜分開設計。

②施工不規范，沒有嚴格按照規范進行。在施工中沒有仔細對設計圖紙及各個設備廠家提供的設備資料進行核對，沒有發現信號回路與直流控制回路共用一根電纜不符合規范要求，進而沒有將直流信號回路、交流信號回路和控制回路電纜分開敷設，并且將電纜兩端的鎧甲和屏蔽層良好接地。

4 總結

通過此例直流系統報絕緣接地故障及處理過程，必須認識到在施工過程中必須嚴格對設計圖紙及設備資料進行嚴格的核對審查，看設計是否符合規范，施工中是否嚴格按照規范要求施工。在發生此類故障后，按照分路分析查找的原則進行故障排除，對此類自動化設備調試施工具有參考意義。

[1]姚福來.自動化設備和工程的設計、安裝、調試、故障診斷[M].北京：機械工業出版社，2013，08.

[2]天津電氣傳動設計研究所著.電氣傳動自動化技術手冊[M].3 版.北京：機械工業出版社，2011，05.

[3]《鋼鐵企業電力設計手冊》編委會.編鋼鐵企業電力設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，1996，01.

[4]中國航空工業規劃設計研究院等編.工業與民用配電設計手冊[M].3 版.北京：中國電力出版社，2005，10.