抽屜式低壓開關柜隱患改造實例

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公司，廣東 深圳 518000）

引言

在油氣開采處理中，現場許多流體介質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中，負載為電機的低壓抽屜占據大分部。海上平臺屬于高溫高潮高鹽分環境，現場電機受介質變動和環境影響，容易發生過載、過流、堵轉、空載、三相不平衡現象，在沒有上述保護功能情況下的長時間運轉，電機極易產生燒毀，導致火災事故。因此在石油化工行業中，電機在異常情況下的自動停止保護功能顯得尤為重要。

通過對某海上天然氣平臺400 V 低壓抽屜柜電機控制回路的分析，發現其在二次回路保護上的設計存在安全隱患，當抽屜里的馬達保護器因某種原因失電（24 VDC）時，抽屜柜對電機的保護功能喪失后，電機仍然運轉，不會自動停機。此時電機失去保護和監測，存在重大安全隱患。為了消除原有設計的缺陷，需要對400 V 低壓抽屜柜二次回路進行改造，并加裝24 V DC 保護繼電器，實現24 VDC 保護電源失電時，電機能立即自動停機的功能。

1 海上石油平臺低壓抽屜開關柜介紹

1.1 低壓抽屜開關柜介紹

某海上天然氣平臺400 V 配電系統通過低壓母線槽與主變壓器（6 300 V/400 V）低壓側連接，通過低壓電纜與各類負荷連接。400 V 配電系統，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。低壓開關柜的柜體主要包括進線柜、母聯開關柜、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。

2）母聯開關柜主要用于連接各段母排，根據操作要求和需要，起連接或隔離作用。

3）馬達控制單元的功能是通過回路開關把電源送到電動機上，并對其線路進行檢測和保護。

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 用電設備等供電。

1.2 抽屜柜電氣原理介紹

抽屜馬達控制回路采用的是塑殼斷路器+接觸器+智能馬達保護器（M101-P），可實現對電機的控制和保護功能，這些元件采用的是ABB 公司的產品，其電氣原理圖[2]如下（如下頁圖1 所示）。

抽屜內一次/二次回路上總共有4 種形式的電源，具體為：

1）主回路采用400VAC、3 相3 線、50Hz；

2）二次合/分閘控制回路電源，取自各抽屜內單獨設置的變壓器（400/110 V AC），即啟/停控制回路和運轉/停止指示燈，采用110 V、50 Hz；

3）二次回路跳閘、保護、測試控制電源，取自上游UPS，包括：盤柜測試位置（TEST 位）控制回路，采用UPS110 V AC、50 Hz；馬達控制器采用24 V DC（UPS110 V AC/24 V DC 電源模塊）。

馬達保護器M101-P 時時采集三相電流，經過內部數據運算，可實現對電機的過流、空載、堵轉、過載、缺相控制保護功能，并把數據通過Profibus 通訊電纜傳輸到PMS 電力負荷管理系統。

2 低壓抽屜開關柜改造前存在的問題

2.1 馬達保護器的保護原理

抽屜的控制模式有四種，分別是自動AUTO、手動MANU、PMS 和OFF。當馬達保護器供電電源24 V DC正常時，選擇AUTO/MANU/PMS 任一模式時，如果馬達保護器檢測到電機三相電流數據異常，經電氣原理圖（如下頁圖1 所示）分析，其上的X4：2 觸點動作，使得中間繼電器K4 線圈得電，K4 常閉觸點NC 動作，自動切斷二次控制回路，從而使得接觸器KM1 線圈斷電，引起接觸器KM1 三個主觸頭斷開，電機立即停機，達到保護電機的功能。

2.2 原有設計上存在的隱患

如果恰巧遇到保護模塊電源故障，比如24VDC電源保險損壞、保護電源線接觸不良、上游電源模塊UPS110VAC/24VDC 損壞、上游UPS110VAC 空開跳閘等，馬達保護器就會失去24VDC 電源。經原理圖圖紙分析和現場實際測試都發現，當馬達保護器失電時（此時抽屜柜保護功能已喪失），中間繼電器K4 線圈一直不會有電（無論三相電流正常/異常），K4 的常閉觸點NC 就會一直閉合，接觸器KM1 的線圈不會斷電，主回路接觸器KM1 仍然吸合，電動機不會自動停機，依舊運轉。馬達保護器失電，會導致原有的過流、空載、堵轉、過載、缺相保護功能全部失效。在缺少保護與監控的情況下，電機繼續長時間運轉，極易產生生產事故，存在重大安全隱患。

為了消除原有設計功能上的缺陷，需要對400 V低壓抽屜柜二次回路進行改造，不論何種模式下，都要實現馬達保護器24 VDC 電源失電時，電動機自動停機的保護。

3 低壓抽屜開關柜改造的過程

3.1 改造范圍

納入改造范圍的抽屜是全平臺所有有此隱患的抽屜，包括主開關MCC 間LA 段、LB 段、LC 段、SPP 段；應急配電EMCC 間LE 段；生活樓正常配電間L 段及生活樓應急配電間E 段，共232 個低壓開關抽屜柜。

3.2 改造方法

對400 V 低壓抽屜柜二次回路進行改造，由于涉及改造的抽屜數量較多，而且抽屜內部已有斷路器、接觸器等很多元器件，空間狹小，尤其是8E/2 型號的小抽屜所剩空間更小，不適合做大范圍的改動。經過對原理圖的分析和反復討論，我們采用如下方案（如下頁圖2 所示）：

1）在馬達保護器24 V DC 電源上加裝了兩個24 V DC 電源保護繼電器K9、K10。

2）在二次回路上，在110 V AC 兩根線上加入K9、K10 的常開觸點NO。

3.3 現場施工改造

確定好方案后，協調物料，進入改造階段，具體消耗物料如下頁表1 所示。為了保障改造的成功，每個抽屜的改造，改造完成后都進行如下步驟：

表1 低壓抽屜柜改造 物料消耗清單

1）兩人確認增改的線路，確保接線正確。

2）立即進行功能測試，在AUTO/MANU/PMS 三種模式下都能正常啟停電動機。

3）立即進行功能測試，在AUTO/MANU/PMS 三種模式下，當馬達保護器24 V DC 電源失電后，電動機都能自動停止運轉。

4 低壓抽屜開關柜改造后的效果

通過上面的改造（見下頁圖3 中紅色標記），不論選擇何種模式下（AUTO/MANU/PMS）：

1）當24 V DC 保護電源正常時，保護繼電器K9、K10 線圈得電動作，其NO 觸點閉合，給二次控制回路供電110 V AC，才允許啟動電動機；

2）當24 V DC 保護電源失電時，保護繼電器K9、K10 線圈立即失電，其NO 觸點立即斷開，二次控制回路立即失電，接觸器KM1 線圈立即失電，主回路的接觸器KM1 主觸點立即脫開，電動機立即斷電，實現了24 VDC 保護電源失電時，電動機自動停機的功能。

5 結語

經過為期29 d 的改造，某海上石油平臺232 個400 V 低壓抽屜柜全部進行了改造升級，在二次回路加裝的保護繼電器，保護電源得電后才允許啟動電機，在保護電源失電時自動切斷主回路電源，使電機立即自動停機，起到雙重保護的作用。這種改造，實現了低壓抽屜柜自我檢測、自我切斷、自我保護功能，提高了設備的本質安全。

石油化工行業是高風險行業，設備在異常情況下的自動停止保護功能非常重要。此次改造雖然原理簡單，所花費用不高，但通過這次改造，彌補了原有設計上的缺陷，實現了24 V DC 保護電源失電時，抽屜柜保護功能喪失后，電動機立即自動停機的功能，大大增加了電機運轉的可靠性，在技術上為安全生產提供保障。