高壓水泵控制系統的優化改造

葉金榮 吳韓輝 徐彥飛

(1.廣東廣業云硫礦業有限公司；2.云浮聯發化工有限公司)

高壓水泵控制系統的優化改造

葉金榮1吳韓輝1徐彥飛2

(1.廣東廣業云硫礦業有限公司；2.云浮聯發化工有限公司)

分析了某公司供水站高壓水泵控制系統經常出現高溫燒蝕、觸頭振動及啟動異常等情況，技術人員通過現場反復研究測試和對各相關參數對比分析，制定出科學合理的解決方案并成功進行改造，既降低了水泵控制系統關鍵元器件的運行溫升，同時也大幅提高了水泵控制系統的運行可靠性和穩定性。

高壓水泵 電抗器 過電壓吸收 接觸器

某企業供水站負責本企業內部硫酸、采選礦等生產線的所有生產和生活供水。原動力采用6臺6kV電壓等級的450kW交流異步電動機帶動高壓水泵并列運行，正常運行時白天為五用一備運行方式，晚上為四用兩備運行方式，由此，從節能和生產運行成本方面考慮，經常有一臺泵需要根據工藝要求進行啟停切換。

供水系統是20世紀末投用的國產設備，考慮到供電線路長、供電質量相對不穩定，選用了成本相對較低的電機定子串電抗器降壓啟動的方式進行啟動，在啟動完成后采用高壓接觸器將串聯電抗器短接的控制方式，既保證了高壓水泵的正常啟動運行，又在一定程度上限制了高壓水泵啟動時的沖擊電流，避免了對電網和鄰近用電設備的影響。但隨著設備使用年限的增加和控制元器件的不斷腐蝕老化，近期供水站高壓水泵控制系統經常出現電抗器發熱高溫燒蝕、接觸器觸頭振動噪音大及高壓水泵啟動失敗等異常情況，使供水系統不能正常連續、穩定運行，嚴重影響著公司硫酸和礦石的生產，且對相關大型設備的安全穩定運行也造成較大影響。為此，技術人員通過現場反復研究測試和對各相關參數對比分析，最終制定出科學合理的解決方案并成功進行改造實施。

1 異常現象與原因分析

供水站450kW高壓電機在額定電壓6kV下直接啟動時，初始啟動電流很大，超過額定電流的5倍以上，造成較大的啟動沖擊，對電網、水泵和周邊用電設備造成較大的影響，因此選用了成本相對較低的電機定子串電抗器降壓啟動的方式進行啟動控制。但是在使用過程中，運維人員發現存在較多設備安全隱患，并且經常出現啟動失敗的情況。改造前的控制主電路如圖1所示。

圖1 改造前的控制主電路

經過技術人員測試、分析，最終確定出以下3種原因：

a. 在高壓水泵啟動完成正常運行后，控制系統降壓電抗器被自動切除，短接接觸器投入工作，但隨著高壓水泵的長期運行，短接接觸器觸頭接觸電阻不斷變大，造成接觸器主觸頭發熱嚴重，同時啟動電抗器也因為長期分流發熱而不斷升溫，最終導致元器件燒壞斷路、電機缺相等故障。

b. 原控制系統采用高壓熔斷器串電容作為過壓吸收器，吸收真空接觸器斷開過電壓，可有效抑制停機時真空接觸器斷開瞬間產生的過電壓振蕩和高頻電流，使過電壓的波形變緩、幅值降低，然而原控制系統中采用的高壓熔斷器沒有分壓作用，也不能消耗停機瞬間過電壓引起的振蕩能量。同時，設計安裝在電抗器上端，使電抗器串接在過電壓放電回路中，在停機時真空接觸器斷開過程中，電機產生的過電壓能量需經過電抗器而被吸收，嚴重影響電抗器壽命。

c. 在控制回路中，接觸器合閘線圈長期處在通電狀態，引起銜鐵振動，產生噪音，并且由于短路環已損壞，無法減少接觸器的抖動，噪音大，觸頭磨損嚴重，影響接觸器的使用壽命，從而造成維修成本和勞動強度過高，也增加了設備的故障率。

2 技術改造方案

2.1 改造措施分析

根據以上供水站高壓泵控制系統存在的異常現象，結合目前企業生產現場的實際運行情況，確定在盡量不增加公司維修改造成本的前提下自行進行技術攻關，完成該項目的設計改造工作，主要從以下3個方面進行優化改造：

a. 根據現場運行實際情況結合測量數據分析，對控制系統主回路的短接接觸器進行改造，增加接觸面積，降低接觸電阻，使主觸頭壓降減少，從而使工作溫升降低，同時也可保證加在電抗器上的壓降減少，降低正常運行時電抗器的分流作用，使電抗器繞組溫度下降，繞組絕緣老化減慢，增加電抗的使用壽命。

b. 對過壓吸收裝置進行改進，一方面改變過電壓吸收裝置的安裝接線位置，使經過啟動電抗器的電流盡量降低，持續時間盡量縮短；另一方面更換新型具有能耗吸收功能的過電壓吸收裝置，使停機過程中真空接觸器斷開瞬間產生的過電壓能量有效消耗在過電壓吸收裝置上，徹底起到過電壓保護功能，并且在整個過程中接觸器斷開產生的過電壓不經過電抗器，過電壓能量較少地消耗在電機本體上，降低過電壓對電抗器和電機的影響，有效提高電抗器和電機的使用壽命。

c. 對高壓水泵控制系統進行優化改進，在電機啟動正常后，使短接接觸器合閘線圈斷電，可有效避免線圈長期通電引起的銜鐵振蕩和線圈發熱情況。

2.2 改造方案

改造后的控制主電路如圖2所示。

圖2 改造后的控制主電路

根據以上分析，提出并制定了對供水站高壓水泵控制系統經常出現高溫燒蝕、觸頭振動及啟動異常等情況的優化改造方案。主要從以下3個方面進行：

a. 對原主回路的短接接觸器進行本體結構改造，把原短接接觸器每相主觸頭為單觸頭控制改為新型雙觸頭聯鎖動作控制，利用原接觸器的機械連桿和自動復位結構，使改造后的雙觸頭達到聯鎖動作，同步運行，從而使短接接觸器的接觸面積增加一倍，接觸電阻減小一半，并使主觸頭的接觸可靠性大幅增強，主觸頭工作溫升大幅降低，動靜觸頭間壓降減少，則加在電抗器上的壓降也隨之減少，達到有效降低正常運行時電抗器的分流作用，保證電抗器的有效可靠切除，正常運行時電抗器繞組溫升大幅下降，繞組絕緣老化減慢，增加電抗的使用壽命。

b. 使用新型阻容過壓吸收裝置替換原過電壓保護裝置，增加過電壓保護裝置的能量吸收功能，使過電壓保護裝置更科學，保護功能更全面。同時，把阻容過壓吸收裝置改接在短接接觸器輸出端，吸收真空接觸器斷開瞬間產生的過電壓，有效抑制停機過程中接觸器斷開瞬間產生過電壓的瞬間振蕩和高頻電流，使過電壓的波形迅速變緩，幅值快速降低，并且消耗掉大部分引起振蕩的過電壓能量，使高頻振蕩迅速衰減，并且在這個過程中電機產生的過電壓不經過電抗器，降低過電壓對電抗器和電機自身的影響，提高電抗器和電機的使用壽命。

c. 對高壓水泵電氣控制系統進行重新設計優化，在滿足生產控制要求的情況下合理控制接觸器合閘線圈的供電時間，在接觸器合閘結束后斷開短接接觸器合閘線圈控制回路，這樣既不影響接觸器的正常工作狀態，又可以避免線圈長期通電引起的銜鐵振蕩，線圈發熱情況，減小接觸器的抖動和產生的噪音，同時也減少了動靜觸頭的磨損，提高了接觸器運行的可靠性、穩定性和經濟性。

根據制定的改造方案，安排人員利用從廢棄元器件上拆下的配件自行進行優化改造，實施完成后對各部件的工作性能和運行參數進行了測試分析，完全達到了預期的效果。不僅解決了原控制裝置的缺陷與不足，同時也為企業節省了大量的維護改造費用，也大幅降低了工人的勞動強度。

3 結束語

通過對供水站高壓水泵控制系統電氣設備改造前與改造后絕緣強度對比，發現改造后的控制系統電抗器絕緣電阻相同，對電抗器的絕緣強度沒有改變。對電氣設備改造前與改造后所測溫度對比分析，電抗器運行溫度、接觸器主觸頭的溫度、接觸器合閘線圈溫度都比改造前的溫度變化有明顯降低。改造前后現場實測數據對比，改造后電抗器溫升變化降低了23℃左右，短接接觸器主觸頭溫升變化降低了35℃左右，短接接觸器合閘線圈溫升變化降低了16℃左右，效果十分顯著。以上數據都充分表明，對供水站高壓水泵控制系統的優化改造達到了預期的滿意效果，改造后大幅降低了電抗器正常運行時的溫度變化和短接接觸器主觸頭的溫度變化，同時消除了接觸器動靜觸頭的接觸抖動，降低了工作噪音，減少了接觸器動靜觸頭磨損，從而大幅減少了電抗器和接觸器的故障發生率，避免了啟動異常的情況發生，減少了下游生產系統停機時間，節約了生產運行成本。

Through summarizing the structure characteristics of cryogenic pumps and the bottleneck of monitoring technology, both main function modules and technical characteristics of Bently System1 condition monitoring system was introduced; and through establishing networked condition monitoring system of the cryogenic pump groups, the online monitoring, early warning and failure diagnosis of the key pumps for LNG receiving station were realized to provide an effective method for scientific maintenance and optimization of the pump maintenance and long-term operation.

cryogenic pump, LNG receiving station, condition monitoring system, networked

TH865

B

1000-3932(2017)07-0711-03

2016-10-04，

2017-02-15)

(1.SinopecQingdaoLNGCo.,Ltd.; 2.GEMesurement&ControlTechnology(Shanghai)Co.,Ltd.)

葉金榮(1975-)，助理工程師，從事電氣自動化技術管理與設計、安裝、維護工作。

聯系人徐彥飛(1986-)，工程師，從事電氣自動化技術管理與設計、安裝、維護工作，362046232@qq.com。

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