某大型制氧機組氮壓機電氣控制改造

宋濤

(安陽鋼鐵集團公司，河南安陽 455000）

【關鍵字】氮壓機；控制柜；斷路器；合閘；延時

1 改造原因

某大型制氧機組是2001 年建設投產，由于設備運行多年，設備存在的問題較多，特別是電氣控制部分的設備，其斷路器的機械性能和電氣性能的下降和保護裝置的老化，再加上高壓柜所帶機械連鎖也有些失靈的情況，造成真空斷路器在分合閘過程中多次出現拒動甚至是誤動等異常現象，嚴重威脅整套制氧機組的安全運行。所以有必要對系統高壓設備的控制系統進行改造。首先改造的是一臺氮壓機，電機功率938 kW，額定電壓10 kV，采用中置式真空斷路器，啟動方式是直接啟動。

2 存在問題

根據公司生產要求，先對接線較少、停車后生產影響不大的某氮壓機進行改造，同時也有足夠時間對改造中出現的問題及時進行處理。如果該氮改造成功，再繼續對重要程度更高、時間要求更緊的另外幾臺氮壓機、氧壓機、空壓機等其他主機進行改造，確保改造的可靠性。在改造過程中，出現了種種問題，主要問題如下。

（1）新控制原理圖是充分利用原來的控制線來設計的，加上采用的繼電保護裝置型號不同，所以接線時只能參照老原理圖和新圖紙來對照進行接線。但是由于原有接線中不少線號因灰塵和油漬腐蝕已經模糊看不清，也有以前的一些小的改造而在控制圖里沒有體現，因此造成改造難度增大。

（2）新原理圖和老原理圖是由不同的設計人員設計的，即使參照了原來的原理圖，其中也有不少沖突的地方或功能不能完全實現的，也需要修改，這也加大了改造難度。

3 改造過程

原電氣原理圖如圖1所示。

新電氣原理圖如圖2所示。

圖1 原控制原理圖

圖2 新控制原理圖

從圖2 可見只有機旁進口柜合閘回路，卻沒有機旁進口柜分閘回路。這就需要找到機旁進口柜分閘回路。由于控制系統有多個專業按功能管理，加上原接線拆除前保護措施不完善，結果錯把儀控DCS分閘作為了機旁進口柜分閘回路，見圖3。

在機旁柜查線，發現從高壓柜到機旁進口柜總共有三根電纜，其中一根低壓動力電纜，主要是作為氮壓機低壓電源；另兩根是控制電纜，給斷路器提供分合閘信號和斷路器送出的狀態信號。

圖3 原DCS分閘回路

經過校線，確認為合閘控制線，由于現場噪音太大，現場和就地人員溝通失誤，加上端子接觸不良等原因，被誤認為是斷路器狀態點。由于機旁柜緊停開關串在紅綠兩根線間，被誤認為DCS 分閘回路，然后把高壓柜找到的去DCS 的線接到了分閘回路。

線路接好后，高壓柜試驗分合閘成功，模擬屏分閘成功。現場做傳動試驗時，斷路器剛合閘，控制屏發出啟動器故障信號，堵轉保護動作（因為電機不動）。接著聯系儀表準備正式開車來試驗現場分合閘是否正常。

現場試車開始，電機正常啟動。當下達停車指令后，發現機旁柜不能正常停車，緊停也不起作用，只好從高壓柜手動停車。停車后，各專業人員集合進行故障分析。通過這次試車失敗，說明認為分閘線根本就是分閘回路。機旁柜要實現分合閘，經過分析應該是通過柜內控制板的數字量輸出端和數字量輸入端來控制。

對數字量輸出端和數字量輸入端的接線逐根查校，并畫出了接線走向圖，如圖4所示。

圖4 控制板對外接線圖

從圖4 可以看出，數字量輸出端只有到啟動繼電器的線，而沒有直接到高壓柜分合閘回路的線。同時在查線過程中發現緊停開關已經損壞，有一對常閉接點不能分斷，這將造成機旁柜不能可靠通過緊停開關來停車。這個緊停開關是由兩對常閉點組成，而找到的緊停開關備件都是由一組常開點和一組常閉點組成，不能直接使用。為了盡快實現試車，對緊停開關備件進行了拆分組合，終于滿足了使用要求。

通過研究控制板接線圖發現，原來老圖紙機旁柜開停車都是通過一條認為只是合閘回路來實現的。這套啟動原理與別的機組完全不一樣。而其他機組的開停車回路是分別通過3根線（分、合閘回路共用一根公共線）或4 根線（兩根合閘線、兩根分閘線）實現的。本套氮壓機原先的啟動過程是當機旁柜控制面板發出啟動命令后，啟動繼電器得電吸合，繼電器的常開點閉合，合閘電源通過這個閉合的常開點，再經過緊停的常閉點，送到高壓柜綜保裝置內分合閘回路，使綜保內的時間繼電器得電，這時候分閘回路中的時間繼電器的一個常閉點先分斷，合閘回路中的時間繼電器的一個瞬時打開延時閉合的開點動作并開始計時，當時間到后，這個開點閉合，接通合閘回路，電機開始啟動。要使電機停車，只需要機旁柜發出停車指令讓啟動繼電器失電或者拍緊停開關，這時候綜保內部的時間繼電器失電，分閘回路的時間繼電器的分斷的常閉點恢復成閉合狀態，使分閘回路接通，電機停車。

由于新圖紙中新綜保內部邏輯不帶時間繼電器功能，加上外部電路也沒有設計時間繼電器，如果重新更換帶延時功能的綜保將會影響施工周期，因此我們決定在現有合閘回路添加時間繼電器來控制斷路器的分合。如圖5所示。

圖5 控制回路增加部分

經過這樣改造后的分合閘回路和老原理圖中的分合閘回路功能相同。高壓柜到機旁柜的6根線再次經過查校，確認了合閘回路用線。新增時間繼電器的時間初步設定為1 s。

為了驗證改造的正確性，決定正式啟動氮壓機。工藝人員現場發出啟動指令，但啟動還是失敗，機旁柜顯示屏仍舊打出啟動器故障。詢問氮壓機廠家，原來發出“啟動器故障”信號會有三個原因：（1）沒有電流反饋值；（2）沒有斷路器狀態反饋信號；（3）啟動時間超過1 s。但是開車前，已經對電流反饋線和斷路器狀態反饋線進行過測量試驗都正常。對于第3 個原因，卻正好符合。因為時間繼電器延時啟動時間正好被設為1 s，加上斷路器的動作反應延遲，啟動時間絕對超過1 s，因此啟動失敗“啟動器故障”信號被發出。找到失敗原因后，決定用傳動試驗來驗證一下。這次傳動試驗，為了防止再次出現堵轉保護（機旁柜通過檢測高壓柜電流反饋來識別是否堵轉），通過電流發生器直接輸入給控制柜反饋電流；時間繼電器延時設為了0.2 s。從現場發出啟動指令，斷路器合閘成功，現場停車也正常，傳動試驗成功。正式啟動氮壓機檢驗改造效果，啟動和停車非常成功。

試車雖然成功了，但是還是發現了一個隱患，那就是高壓柜試驗合閘回路有問題。當按下高壓柜試驗合閘按鈕后，斷路器一合就跳閘。而改造前，試驗分合閘是正常的。原來線路改造后，當進行高壓柜斷路器試驗合閘時，時間繼電器是不動作的，它的常閉點也就不會分斷，但是時間繼電器常閉接點后面接的斷路器本身的常開點會閉合，這樣斷路器的分閘回路會接通，引起斷路器跳閘。所以只有把時間繼電器拔掉才能進行斷路器的試驗分合閘。之后采用一個連接片來代替那個斷路器的常開點。當進行斷路器的試驗合閘時，只需要去掉連接片，就可以正常合閘了。

4 結語

設備改造前，應集合相關專業人員與設計人員一起對新圖紙進行圖紙會審，優化并完善設計圖紙；在對設備進行改造時，如果還想利用原來的線路，在拆除原接線時，可以先拍照，然后對照原接線原理圖，一根一根接線進行校線，在把原先的接線都甄別清楚以后，再進行拆除舊線工作，并做好標識；只有在各種傳動試驗、保護試驗都正常的情況下，才能對電機進行帶負荷試運行。從而防止出現突發事件造成設備損壞。