大型機組調(diào)試電氣問題淺析

劉國軍 李啟凡

（中國石化集團上海工程有限公司，上海 200120）

本人參加了某石化EPC項目的電氣設(shè)計工作，最近又參與了該項目的調(diào)試、開車工作。該項目擠出機機組包的供配電，在EPC方的設(shè)備與供應(yīng)商機組的配合之間出現(xiàn)了不少問題，供應(yīng)商在某些信號的功能定義以及命令的動作方式上，與常規(guī)的做法有很大差別，在調(diào)試中幾次修改設(shè)計方案，最后才試車成功?，F(xiàn)把存在問題以及如何解決問題的過程整理出來，供同行借鑒。

1 石化EPC項目電氣設(shè)計介紹

1.1 擠出機主電機的供配電設(shè)計（見圖1）

擠出機主電機是該機組的最大電動機，電動機功率為10000 kW，10 kV，3相，50 Hz。采用專用變壓器供電，變壓器為35/10.5 kV，容量為20MVA，短路阻抗Uk = 8%，電動機采用直接啟動方式。

1.2 擠出機主電機的控制原理圖（見圖2）

該電動機的供配電由EPC的中壓MCC來完成，控制由機組包所配置的PLC來完成。在EPC的中壓開關(guān)柜與供應(yīng)商的PLC之間存在信號接口匹配問題。

供應(yīng)商提出其PLC與中壓MCC之間的信號包括（信號用硬線連接）：

命令：START, NO STOP, ACKNOWLEDGE

狀態(tài)信號：RUN, NO FAULT, READY FOR OPERATION

模擬信號：POWER TRANSMITTER

最初與供應(yīng)商就以上信號問題進行溝通，供應(yīng)商對特殊信號的解釋是：“NO STOP”就是“STOP”；“ACKNOWLEDGE”相當(dāng)于“RESET”，故障發(fā)生后，機組PLC可以自動復(fù)位綜保（故障解出）；“NO FAULT”就是FAULT 的反狀態(tài)。

2 調(diào)試出現(xiàn)問題以及解決方案

2.1 擠出機主電機的控制信號ACKNOWLEDGE問題

由于該控制原理圖沒有ACKNOWLEDGE 控制，供應(yīng)商要求加入該命令，于是對圖2所示的原理圖作了相應(yīng)的修改。

圖1 主電動機供電系統(tǒng)圖

圖2 主電動機控制原理圖

2.1.1 修改后的擠出機主電機的控制原理圖（見圖3云線部分）

2.1.2 擠出機主電機ACKNOWLEDGE解決方案

以上修改雖然滿足了供應(yīng)商的控制要求，但存在一定的安全隱患：原來的設(shè)計理念是如果中壓MCC出現(xiàn)電氣故障，操作員必須消除電氣故障后，在MCC開關(guān)柜上人為按下按鈕SA1后（解除故障），才可以重新啟動電動機；供應(yīng)商提出的修改方案有可能在操作員還沒有確認(rèn)故障以及解除故障情況下，當(dāng)PLC發(fā)出ACKNOWLEDGE命令自動解除故障時（而實際電氣故障可能依然存在），能夠重新啟動電動機，造成更大的電氣事故和人員傷害。最后與業(yè)主溝通后，未同意上述修改，所以供應(yīng)商PLC的ACKNOWLEDGE 命令不接入EPC的中壓MCC，因此，出現(xiàn)電氣故障后必須經(jīng)人為復(fù)位解除故障后，才能重新啟動電動機。

2.2 擠出機主電機控制信號MOTOR NO STOP 問題

對于MOTOR NO STOP COMMAND信號，現(xiàn)場經(jīng)過與供應(yīng)商的電氣工程師溝通，發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商的控制理念與常規(guī)做法有很大的不同，圖4是常規(guī)電動機回路的分合閘控制的邏輯簡圖，圖2的電動機控制原理圖也和圖4的邏輯圖是相一致的，并且斷路器的合閘和分閘線圈分別受合閘和分閘邏輯控制，兩者并沒有電氣邏輯關(guān)系。

2.2.1 常規(guī)電動機回路的控制邏輯簡圖（見圖4）

2.2.2 機組供應(yīng)商電動機回路的控制邏輯圖（見圖5）。

2.2.3 對機組供應(yīng)商電動機回路啟/停邏輯圖（圖5）分析，匯出電動機回路的時序圖（見圖6）。

工況一：圖6中電動機正常啟動時序圖，可以得知機組的PLC在給中壓MCC發(fā)出啟動命令的同時，發(fā)出一個正階躍保持信號（MOTOR NO STOP COMMAND），并且當(dāng)電動機運行反饋信號從中壓MCC送到PLC后（t <15 s），電動機起動命令反轉(zhuǎn)，從“1”變?yōu)椤?”；MOTRO NO STOP 信號仍為正階躍保持信號，維持不變。電動機啟動過程結(jié)束。

圖3 主電動機控制原理圖升版

工況二：圖6中電動機非正常啟動時序圖，當(dāng)PLC發(fā)出MOTOR START COMMAND 命令15s 后，并且PLC也沒有收到中壓MCC送出的擠出機主電機運行反饋信號“1”，MOTOR START命令反轉(zhuǎn)，并且MOTOR NO STOP COMMAND也反轉(zhuǎn)，電動機起動過程停止，PLC有電動機故障顯示。

圖4 常規(guī)電動機控制邏輯圖

圖5 機組供應(yīng)商主電動機控制邏輯圖

工況三：圖6中電動機正常啟動運行后正常停機時序圖，PLC發(fā)出電動機停機命令，電動機MOTOR NO STOP 命令反轉(zhuǎn)，從“1”變?yōu)椤?”，中壓MCC斷路器跳閘，電動機停止運轉(zhuǎn)。

圖6 機組供應(yīng)商主電動機控制時序圖

綜上所述，中壓MCC在電動機啟動過程中，電動機的啟動與停止之間有邏輯關(guān)系，所以，中壓MCC與供應(yīng)商的PLC的接口之間信號存在不匹配問題：對于這個問題的解決，我們有兩個方案：第一，供應(yīng)商修改電動機的啟動/停止控制邏輯，在MOTOR NO STOP 的出口加上一個非門邏輯，變?yōu)镸OTOR STOP COMMAND 到中壓MCC；第二，中壓MCC增加中間繼電器，進行信號變換。事實是：供應(yīng)商拒絕了第一種方案，所以采取了第二種方案。

2.2.4 擠出機主電機控制信號MOTOR NO STOP 解決方案

擠出機主電機控制原理圖修改版（見圖7中云線部分）。

2.2.5 現(xiàn)場調(diào)試的實際經(jīng)過

最初采用圖2的控制原理圖，但在現(xiàn)場調(diào)試、試車時出現(xiàn)了問題。在現(xiàn)場，當(dāng)電動機的接線、相關(guān)的試驗完畢后，機組PLC發(fā)出MOTOR START命令到中壓MCC，電動機卻啟動不起來！

原因分析：圖2設(shè)計的電動機合、分閘回路為獨立的兩個電氣回路，也就是說PLC 發(fā)出兩個獨立的合、分閘脈沖信號（MOTOR START 、MOTOR STOP 命令不可同時發(fā)出），即可實現(xiàn)斷路器的合、分閘功能，從而實現(xiàn)電動機的啟動與停止；由圖6電動機回路的正常啟動時序圖可知，供應(yīng)商PLC發(fā)出MOTOR START COMMAND啟動命令的同時，會發(fā)出一個正階躍保持信號（MOTOR NO STOP COMMAND）， 如果按照供應(yīng)商告訴該命令的功能定義（NO STOP 等于 STOP），那么把NO STOP的信號，接入中壓MCC的 STOP 端子上，這樣在PLC的MOTOR START命令送到中壓MCC的時候，合閘線圈得電；同時，PLC的MOTOR NO STOP 命令也送到中壓MCC，并且該命令是一個正階節(jié)躍保持信號，分閘線圈也同時得到220V DC的電壓，這樣中壓MCC得到一個既合閘又分閘的命令，由于這兩個回路有電氣和機械聯(lián)鎖，就發(fā)生了斷路器不動作的現(xiàn)象。

按照圖7的電動機控制原理圖修改了接線后，檢查完畢，通電，電動機啟動，約2S后，斷路器分閘，電動機沒有完全啟動起來。

原因分析：以上現(xiàn)象說明中壓MCC的控制回路沒有問題，控制回路增加了中間繼電器KA，其常閉節(jié)點接到分閘線圈回路。當(dāng)PLC發(fā)出MOTOR START COMMAND 啟動命令到中壓MCC后，斷路器合閘，電動機起動；同時，PLC發(fā)出MOTOR NO STOP COMMAND 命令到中壓MCC，由于該命令為“1”（正階躍保持信號），PLC的繼電器節(jié)點閉合，中間繼電器KA的線圈帶電，分閘回路的KA常閉節(jié)點動作，由常閉變?yōu)槌ｉ_（NC/NO），因此，分閘線圈不會帶電，斷路器也不會跳閘，改動后的電動機控制原理圖和供應(yīng)商的電動機控制邏輯圖是相一致的。

圖7 擠出機主電機控制原理圖修改版

實際上斷路器的跳閘是另有原因的，我們察看了中壓進線柜的綜保，發(fā)現(xiàn)綜保報電流速斷故障，經(jīng)過分析是定值設(shè)置問題，定值調(diào)整后，再次通電試車，并成功啟動。

2.2.6 問題討論

對于解決擠出機主電機控制信號MOTOR NO STOP 問題，前文曾提出兩種方案，對于方案一，修改供應(yīng)商的電動機控制邏輯：從機組供應(yīng)商的主電動機的啟/停邏輯圖（圖5）可以看出，在發(fā)往中壓MCC的MOTOR NO STOP COMMAND 前加一個非門邏輯，變MOTOR NO STOP 為MOTOR STOP，然后接入中壓MCC，這就和中壓MCC的邏輯相匹配。這樣做法比較容易修改，并且也是常規(guī)的做法，供應(yīng)商為什么拒絕修改電動機的控制邏輯？

圖7的電動機控制原理（供應(yīng)商不修改邏輯，EPC 修改電動機控制原理圖）：PLC發(fā)往中壓MCC的MOTOR NO STOP COMMAND命令的正常狀態(tài)為“1”，動作為“0”，對于電氣中壓MCC的電動機控制原理圖來說，PLC的繼電器節(jié)點閉合，電機控制回路中的中間繼電器KA線圈兩端正常情況是帶電的，當(dāng)動作時（PLC要停機，發(fā)MOTOR STOP命令到中壓MCC），PLC的繼電器節(jié)點打開，KA線圈兩端失電，KA繼電器節(jié)點從常開變?yōu)槌ｉ]狀態(tài)，從而使斷路器跳閘；而按照方案一，修改邏輯變?yōu)槌Ｒ?guī)做法（供應(yīng)商修改邏輯，EPC 不修改電動機控制原理圖），其電動機控制原理是：PLC發(fā)往中壓MCC的停機命令為 MOTOR STOP COMMAND，正常情況為“0”，動作為“1”，對于電氣中壓MCC來說（見圖2），正常情況來自PLC的繼電器節(jié)點是打開的，當(dāng)動作時，來自PLC的繼電器節(jié)點閉合，斷路器的跳閘線圈帶電，從而使斷路器跳閘。這兩種做法區(qū)別在于：前者當(dāng)控制電源掉電或者控制回路斷線，斷路器都會跳閘；避免了圖2中控制回路斷線時，PLC發(fā)出的停車命令不能執(zhí)行的現(xiàn)象發(fā)生。這樣從安全角度講，前者的做法會更合理一些。

從緊急停車和涉及人身安全的角度考慮，供應(yīng)商的做法是可取的；但對機組已經(jīng)裝設(shè)了安全停車系統(tǒng)，正常停車也采用這種做法，會由于控制電源斷線等原因造成緊急停車，這樣將破壞生產(chǎn)的連續(xù)性，而造成較大的經(jīng)濟損失。因此，從正常停車的角度上考慮，這樣的做法值得商榷。

3 結(jié)束語

通過本案例，在EPC項目中，特別是機組包設(shè)備比較多的石化項目，供應(yīng)商也比較多，在EPC和各個機組包之間的接口銜接要弄清楚，要多與供應(yīng)商溝通，要請供應(yīng)商確認(rèn)特別是與常規(guī)做法不同的地方。在設(shè)計階段就要搞清楚在PLC、DCS以及中、低壓MCC之間的每個信號的具體功能，信號的類型是脈沖還是階躍信號，信號動作是高電平還是低電平（“0”還是“1”），并且電氣在實際中能否實現(xiàn)以及如何實現(xiàn)供應(yīng)商的特殊控制要求，滿足EPC與各個供應(yīng)商接口的無縫連接，高質(zhì)量完成工程建設(shè)工作，否則在施工階段會產(chǎn)生許多問題，需要大量的修改工作，對EPC項目順利完工造成影響！