高壓水泵控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造

葉金榮 吳韓輝 徐彥飛

(1.廣東廣業(yè)云硫礦業(yè)有限公司；2.云浮聯(lián)發(fā)化工有限公司)

高壓水泵控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造

葉金榮1吳韓輝1徐彥飛2

(1.廣東廣業(yè)云硫礦業(yè)有限公司；2.云浮聯(lián)發(fā)化工有限公司)

分析了某公司供水站高壓水泵控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)高溫?zé)g、觸頭振動(dòng)及啟動(dòng)異常等情況，技術(shù)人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)研究測(cè)試和對(duì)各相關(guān)參數(shù)對(duì)比分析，制定出科學(xué)合理的解決方案并成功進(jìn)行改造，既降低了水泵控制系統(tǒng)關(guān)鍵元器件的運(yùn)行溫升，同時(shí)也大幅提高了水泵控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性。

高壓水泵 電抗器 過(guò)電壓吸收 接觸器

某企業(yè)供水站負(fù)責(zé)本企業(yè)內(nèi)部硫酸、采選礦等生產(chǎn)線的所有生產(chǎn)和生活供水。原動(dòng)力采用6臺(tái)6kV電壓等級(jí)的450kW交流異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高壓水泵并列運(yùn)行，正常運(yùn)行時(shí)白天為五用一備運(yùn)行方式，晚上為四用兩備運(yùn)行方式，由此，從節(jié)能和生產(chǎn)運(yùn)行成本方面考慮，經(jīng)常有一臺(tái)泵需要根據(jù)工藝要求進(jìn)行啟停切換。

供水系統(tǒng)是20世紀(jì)末投用的國(guó)產(chǎn)設(shè)備，考慮到供電線路長(zhǎng)、供電質(zhì)量相對(duì)不穩(wěn)定，選用了成本相對(duì)較低的電機(jī)定子串電抗器降壓?jiǎn)?dòng)的方式進(jìn)行啟動(dòng)，在啟動(dòng)完成后采用高壓接觸器將串聯(lián)電抗器短接的控制方式，既保證了高壓水泵的正常啟動(dòng)運(yùn)行，又在一定程度上限制了高壓水泵啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，避免了對(duì)電網(wǎng)和鄰近用電設(shè)備的影響。但隨著設(shè)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(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)電抗器發(fā)熱高溫?zé)g、接觸器觸頭振動(dòng)噪音大及高壓水泵啟動(dòng)失敗等異常情況，使供水系統(tǒng)不能正常連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重影響著公司硫酸和礦石的生產(chǎn)，且對(duì)相關(guān)大型設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行也造成較大影響。為此，技術(shù)人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)研究測(cè)試和對(duì)各相關(guān)參數(shù)對(duì)比分析，最終制定出科學(xué)合理的解決方案并成功進(jìn)行改造實(shí)施。

1 異?，F(xiàn)象與原因分析

供水站450kW高壓電機(jī)在額定電壓6kV下直接啟動(dòng)時(shí)，初始啟動(dòng)電流很大，超過(guò)額定電流的5倍以上，造成較大的啟動(dòng)沖擊，對(duì)電網(wǎng)、水泵和周邊用電設(shè)備造成較大的影響，因此選用了成本相對(duì)較低的電機(jī)定子串電抗器降壓?jiǎn)?dòng)的方式進(jìn)行啟動(dòng)控制。但是在使用過(guò)程中，運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)存在較多設(shè)備安全隱患，并且經(jīng)常出現(xiàn)啟動(dòng)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(jīng)過(guò)技術(shù)人員測(cè)試、分析，最終確定出以下3種原因：

a. 在高壓水泵啟動(dòng)完成正常運(yùn)行后，控制系統(tǒng)降壓電抗器被自動(dòng)切除，短接接觸器投入工作，但隨著高壓水泵的長(zhǎng)期運(yùn)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(fā)熱嚴(yán)重，同時(shí)啟動(dòng)電抗器也因?yàn)殚L(zhǎng)期分流發(fā)熱而不斷升溫，最終導(dǎo)致元器件燒壞斷路、電機(jī)缺相等故障。

b. 原控制系統(tǒng)采用高壓熔斷器串電容作為過(guò)壓吸收器，吸收真空接觸器斷開過(guò)電壓，可有效抑制停機(jī)時(shí)真空接觸器斷開瞬間產(chǎn)生的過(guò)電壓振蕩和高頻電流，使過(guò)電壓的波形變緩、幅值降低，然而原控制系統(tǒng)中采用的高壓熔斷器沒(méi)有分壓作用，也不能消耗停機(jī)瞬間過(guò)電壓引起的振蕩能量。同時(shí)，設(shè)計(jì)安裝在電抗器上端，使電抗器串接在過(guò)電壓放電回路中，在停機(jī)時(shí)真空接觸器斷開過(guò)程中，電機(jī)產(chǎn)生的過(guò)電壓能量需經(jīng)過(guò)電抗器而被吸收，嚴(yán)重影響電抗器壽命。

c. 在控制回路中，接觸器合閘線圈長(zhǎng)期處在通電狀態(tài)，引起銜鐵振動(dòng)，產(chǎn)生噪音，并且由于短路環(huán)已損壞，無(wú)法減少接觸器的抖動(dòng)，噪音大，觸頭磨損嚴(yán)重，影響接觸器的使用壽命，從而造成維修成本和勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)高，也增加了設(shè)備的故障率。

2 技術(shù)改造方案

2.1 改造措施分析

根據(jù)以上供水站高壓泵控制系統(tǒng)存在的異?，F(xiàn)象，結(jié)合目前企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)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(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，完成該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)改造工作，主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化改造：

a. 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)際情況結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)分析，對(duì)控制系統(tǒng)主回路的短接接觸器進(jìn)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(shí)也可保證加在電抗器上的壓降減少，降低正常運(yùn)行時(shí)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(duì)過(guò)壓吸收裝置進(jìn)行改進(jìn)，一方面改變過(guò)電壓吸收裝置的安裝接線位置，使經(jīng)過(guò)啟動(dòng)電抗器的電流盡量降低，持續(xù)時(shí)間盡量縮短；另一方面更換新型具有能耗吸收功能的過(guò)電壓吸收裝置，使停機(jī)過(guò)程中真空接觸器斷開瞬間產(chǎn)生的過(guò)電壓能量有效消耗在過(guò)電壓吸收裝置上，徹底起到過(guò)電壓保護(hù)功能，并且在整個(gè)過(guò)程中接觸器斷開產(chǎn)生的過(guò)電壓不經(jīng)過(guò)電抗器，過(guò)電壓能量較少地消耗在電機(jī)本體上，降低過(guò)電壓對(duì)電抗器和電機(jī)的影響，有效提高電抗器和電機(jī)的使用壽命。

c. 對(duì)高壓水泵控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，在電機(jī)啟動(dòng)正常后，使短接接觸器合閘線圈斷電，可有效避免線圈長(zhǎng)期通電引起的銜鐵振蕩和線圈發(fā)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(jù)以上分析，提出并制定了對(duì)供水站高壓水泵控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)高溫?zé)g、觸頭振動(dòng)及啟動(dòng)異常等情況的優(yōu)化改造方案。主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行：

a. 對(duì)原主回路的短接接觸器進(jìn)行本體結(jié)構(gòu)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(lián)鎖動(dòng)作控制，利用原接觸器的機(jī)械連桿和自動(dòng)復(fù)位結(jié)構(gòu)，使改造后的雙觸頭達(dá)到聯(lián)鎖動(dòng)作，同步運(yùn)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(qiáng)，主觸頭工作溫升大幅降低，動(dòng)靜觸頭間壓降減少，則加在電抗器上的壓降也隨之減少，達(dá)到有效降低正常運(yùn)行時(shí)電抗器的分流作用，保證電抗器的有效可靠切除，正常運(yùn)行時(shí)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(guò)壓吸收裝置替換原過(guò)電壓保護(hù)裝置，增加過(guò)電壓保護(hù)裝置的能量吸收功能，使過(guò)電壓保護(hù)裝置更科學(xué)，保護(hù)功能更全面。同時(shí)，把阻容過(guò)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(chǎn)生的過(guò)電壓，有效抑制停機(jī)過(guò)程中接觸器斷開瞬間產(chǎn)生過(guò)電壓的瞬間振蕩和高頻電流，使過(guò)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(guò)電壓能量，使高頻振蕩迅速衰減，并且在這個(gè)過(guò)程中電機(jī)產(chǎn)生的過(guò)電壓不經(jīng)過(guò)電抗器，降低過(guò)電壓對(duì)電抗器和電機(jī)自身的影響，提高電抗器和電機(jī)的使用壽命。

c. 對(duì)高壓水泵電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)優(yōu)化，在滿足生產(chǎn)控制要求的情況下合理控制接觸器合閘線圈的供電時(shí)間，在接觸器合閘結(jié)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(tài)，又可以避免線圈長(zhǎng)期通電引起的銜鐵振蕩，線圈發(fā)熱情況，減小接觸器的抖動(dòng)和產(chǎn)生的噪音，同時(shí)也減少了動(dòng)靜觸頭的磨損，提高了接觸器運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)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(jìn)行優(yōu)化改造，實(shí)施完成后對(duì)各部件的工作性能和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試分析，完全達(dá)到了預(yù)期的效果。不僅解決了原控制裝置的缺陷與不足，同時(shí)也為企業(yè)節(jié)省了大量的維護(hù)改造費(fèi)用，也大幅降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)供水站高壓水泵控制系統(tǒng)電氣設(shè)備改造前與改造后絕緣強(qiáng)度對(duì)比，發(fā)現(xiàn)改造后的控制系統(tǒng)電抗器絕緣電阻相同，對(duì)電抗器的絕緣強(qiáng)度沒(méi)有改變。對(duì)電氣設(shè)備改造前與改造后所測(cè)溫度對(duì)比分析，電抗器運(yùn)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(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)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(shù)據(jù)都充分表明，對(duì)供水站高壓水泵控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造達(dá)到了預(yù)期的滿意效果，改造后大幅降低了電抗器正常運(yùn)行時(shí)的溫度變化和短接接觸器主觸頭的溫度變化，同時(shí)消除了接觸器動(dòng)靜觸頭的接觸抖動(dòng)，降低了工作噪音，減少了接觸器動(dòng)靜觸頭磨損，從而大幅減少了電抗器和接觸器的故障發(fā)生率，避免了啟動(dòng)異常的情況發(fā)生，減少了下游生產(chǎn)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，節(jié)約了生產(chǎn)運(yùn)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(dòng)化技術(shù)管理與設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)工作。

聯(lián)系人徐彥飛(1986-)，工程師，從事電氣自動(dòng)化技術(shù)管理與設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)工作，362046232@qq.com。

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