低壓抽屜柜應急關(guān)斷遠程啟動的創(chuàng)新方法開發(fā)及應用

李曉宇

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司白云天然氣作業(yè)公司，廣東 深圳 518000）

引言

在油氣開采處理中，現(xiàn)場許多流體介質(zhì)需要大量的泵類提供動力來源，因此海上平臺低壓配電系統(tǒng)中負載為電機的低壓抽屜占據(jù)大分部。海上平臺油氣開采開發(fā)的工藝流程比較復雜，設(shè)備多、信號多、參數(shù)多，容易因參數(shù)波動觸發(fā)ESD應急關(guān)斷信號，導致低壓抽屜柜大規(guī)模跳閘，進而導致電動機停機。目前海上天然氣平臺已實現(xiàn)無人、遠程遙控生產(chǎn)，最大限度地進行產(chǎn)量貢獻。因此在石油化工行業(yè)中，為了停產(chǎn)后快速恢復生產(chǎn)，尤其是無人平臺（臺風遠程操控生產(chǎn)），在ESD觸發(fā)停機后，對抽屜的遠程快速啟動顯得尤為重要。

對某海上天然氣平臺400 V低壓抽屜柜電機控制回路分析，它的應急關(guān)斷只有一個ESD信號，安裝在斷路器的跳閘線圈上。這種設(shè)計，當抽屜接收到ESD應急關(guān)斷信號后，觸發(fā)斷路器跳閘，電機停機。而該設(shè)計的缺點是，應急關(guān)斷ESD故障排除后，斷路器的復位只能人工去斷路器現(xiàn)場復位，無法通過控制實現(xiàn)遠程復位；這樣就導致沒有人的情況下，ESD信號恢復后，該電機仍將無法恢復使用。為了消除原有設(shè)計的缺陷，需要對400 V低壓抽屜柜二次回路進行改造，加裝2級別ESD應急關(guān)斷系統(tǒng)，通過控制ESD動作級別，實現(xiàn)在無人平臺，當ESD觸發(fā)停機后，對電機遠程快速重新啟動。

1 某海上天然氣平臺低壓抽屜開關(guān)柜介紹

某海上天然氣平臺400 V配電系統(tǒng)通過低壓母線槽與主變壓器（6 300 V/400 V）低壓側(cè)連接，通過低壓電纜與各類負荷連接。400 V配電系統(tǒng)，由400 V配電盤和馬達控制中心組成，采用的是空氣絕緣金屬鎧裝柜，防護等級為IP23。低壓開關(guān)柜的柜體主要包括進線柜、母聯(lián)開關(guān)柜、馬達控制柜和饋電單元[1]，各部分功能如下：

1）進線柜將變壓器低壓側(cè)的400 V電源輸出至低壓配電盤母排，對母排實行檢測、故障報警和保護。進線柜是整個低壓400 V母排的總電源。

2）母聯(lián)開關(guān)柜主要用于連接各段母排，根據(jù)操作要求和需要，起連接或隔離作用。

3）馬達控制單元的功能是通過啟停回路，把電源送到電動機上，并對其線路進行檢測和保護。大多數(shù)抽屜內(nèi)部線路采用馬達控制單元，對電動機進行啟停控制和保護。

4）饋電單元主要為照明小功率變壓器、配置啟動裝置的400 V用電設(shè)備等供電。饋線單元結(jié)構(gòu)簡單，控制保護主要靠下游設(shè)備的控制柜。

馬達保護器（型號M101-P）時時采集三相電流，經(jīng)過內(nèi)部數(shù)據(jù)運算，可實現(xiàn)對電機的過流、空載、堵轉(zhuǎn)、過載、缺相控制保護功能，并把數(shù)據(jù)通過Profibus通訊電纜傳輸?shù)絇MS電力負荷管理系統(tǒng)。

2 問題描述

2.1 跳閘保護原理

某海上天然氣平臺400 V低壓抽屜柜設(shè)計，通過由斷路器、接觸器構(gòu)成的主回路，實現(xiàn)對電機過流、過載的保護；二次保護回路含有馬達保護器保護電路、啟停電路及分合閘指示電路。它的應急關(guān)斷，只有一個ESD應急關(guān)斷信號，安裝在斷路器的跳閘線圈YO上。這種設(shè)計，當抽屜接收到ESD應急關(guān)斷信號后，跳閘線圈YO將得電，從而觸發(fā)斷路器跳閘，進而使得電機與電源斷開，電機停機。因生產(chǎn)工藝流程等原因觸發(fā)ESD信號，導致電機大規(guī)模停機，達到保護現(xiàn)場工藝流程、現(xiàn)場工藝設(shè)備、安全生產(chǎn)的功能。

2.2 問題描述

這種設(shè)計它的缺點是，因斷路器自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)，斷路器脫扣跳閘后，只能人工手動用力斷電復位，才能再次手動合閘，無法遠程復位。當ESD故障排除后，只能人工去斷路器現(xiàn)場復位斷路器，才能重新給抽屜柜供電，無法遠程控制斷路器來實現(xiàn)遠程啟動電機。這樣就導致沒有人的情況下（臺風遠程操控生產(chǎn)），當ESD信號恢復后，該電動機仍將無法重新送電，電動機無法恢復使用，不利于天然氣無人平臺的重新恢復生產(chǎn)。

3 創(chuàng)新開發(fā)改造

3.1 原因分析

針對如何實現(xiàn)電動機應急關(guān)斷后遠程恢復這個主要問題，經(jīng)過多次的討論分析，可采用2級ESD應急關(guān)斷系統(tǒng)，替代原有單一ESD應急關(guān)斷系統(tǒng)，并繪制了原理框圖（圖1）。

3.2 創(chuàng)新改造方法

為了解決上述問題，采用的技術(shù)方案（圖1）是：在電機抽屜柜引入2級ESD應急關(guān)斷系統(tǒng)。ESD 1應急關(guān)斷信號，安裝在斷路器的跳閘線圈YO上，當ESD 1信號動作，使斷路器的跳閘線圈YO得電，進而觸發(fā)斷路器跳閘，電動機停機；ESD 2應急關(guān)斷信號，安裝在二次回路的接觸器線圈啟停電路上，當ESD 2信號動作，使接觸器線圈斷電，接觸器斷開，電機停機。該技術(shù)方案，通過控制ESD動作級別（ESD 2信號動作，ESD 1信號不動作），來控制接觸器的開斷，進而讓電機遠程重新啟動，在無人平臺（臺風遠程操控生產(chǎn)）能夠?qū)崿F(xiàn)必要生產(chǎn)設(shè)備的遠程重新啟動，最大限度地恢復油氣開采。

3.3 創(chuàng)新改造方法工作原理

工作原理[2]（如圖2）是：含有2級ESD應急關(guān)斷系統(tǒng)。ESD 1動作，KA01繼電器斷電，KA01輔助觸點閉合，讓斷路器的跳閘線圈YO得電，觸發(fā)斷路器QF跳閘，電機停機，需人工復位，無法遠程復位；ESD 2動作，KA02接觸器斷電，KA02輔助觸點斷開，讓接觸器線圈KM1斷電，觸發(fā)主接觸器KM1斷開，電機停機，在對ESD 2信號遠程復位后，遠程按下啟動鍵，接觸器線圈回路的KM1重新吸合，接觸器主觸點重新閉合，可實現(xiàn)電機重新啟動。

因ESD信號從中央控制室過來，為了保持配電房對該信號的監(jiān)控，對2路ESD信號加入KA01、KA02中間繼電器及狀態(tài)指示燈，從而更好的對ESD信號進行管理和監(jiān)控。

因生產(chǎn)工藝流程等原因觸發(fā)ESD信號，導致低壓抽屜大規(guī)模跳閘后，通過控制ESD動作級別（中控室設(shè)定好觸發(fā)程序），讓ESD 1信號不動作，斷路器不用跳閘，只讓ESD 2動作，斷開接觸器，實現(xiàn)電機的停機；當生產(chǎn)工藝流程等故障解決后，重新復位ESD 2信號，可遠程按下啟動，接觸器重新吸合，電機重新運轉(zhuǎn)。

附圖中標記為：ESD 1應急關(guān)斷信號；ESD 2應急關(guān)斷信號；主斷路器YO跳閘線圈回路；主接觸器KM1線圈吸合/斷開回路，內(nèi)有啟動/停止線路。

4 創(chuàng)新改造效果

通過上面的改造，改造后的抽屜裝置具有以下優(yōu)點：

1）ESD應急關(guān)斷多樣化。含有2級ESD應急關(guān)斷系統(tǒng)，ESD 1應急關(guān)斷信號，能實現(xiàn)對斷路器跳閘，電機停機；ESD 2應急關(guān)斷信號，能實現(xiàn)接觸器斷電，電機停機。

2）ESD信號管理可視化。給進入配電房的2路ESD信號，加裝KA01、KA02繼電器、狀態(tài)指示燈，更好地對ESD信號進行管理和監(jiān)控。

3）ESD應急關(guān)斷遠程可恢復。在電氣設(shè)備運行正常的前提下，當因生產(chǎn)工藝流程等原因觸發(fā)ESD應急關(guān)斷信號，導致電機大規(guī)模停機后，可通過控制ESD動作級別（ESD 2信號動作，ESD 1信號不動作），來控制接觸器的開斷，在無人平臺（臺風遠程操控生產(chǎn)）能夠?qū)崿F(xiàn)必要生產(chǎn)設(shè)備的遠程重新啟動，最大限度地恢復油氣開采。

5 改造推廣及應用

此次改造，拋棄原有單一、只能本地人工復位的ESD脫扣斷路器裝置，對其創(chuàng)新改造，引入2級ESD應急關(guān)斷系統(tǒng)，實現(xiàn)了因生產(chǎn)工藝流程等原因觸發(fā)ESD信號，導致電機大規(guī)模停機后，在無人平臺（臺風遠程操控生產(chǎn)）對必要生產(chǎn)設(shè)備的遠程重新啟動，最大限度地恢復油氣開采。

用遠程可控的電控機構(gòu)，替代傳統(tǒng)操控機構(gòu)，提高設(shè)備的自動化遠程恢復能力，這種解決問題的思路和做法，為同類型的設(shè)備改造工作提供較大的借鑒意義，具有很高的推廣價值。