一起發(fā)電機(jī)電源切換引起工藝設(shè)備損壞事故的技術(shù)分析

王俊強(qiáng)

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

1 事故過(guò)程簡(jiǎn)介

事故前，事故發(fā)電機(jī)組自動(dòng)位備用，事故電源由市電供電。事故后，合成氨裝置事故發(fā)電機(jī)切換盤在市電正常的情況下切換為發(fā)電機(jī)供電，導(dǎo)致事故電源短暫失電 （約11s），由事故電源供電的壓縮機(jī)組油泵 （P131B／P132B，電動(dòng)泵）也隨之短暫失電，壓縮機(jī)油壓低聯(lián)鎖動(dòng)作，造成合成氨裝置、尿素裝置跳車；與此同時(shí)，在P131B和P132B停運(yùn)的情況下，尿素高壓系統(tǒng)電機(jī)MP101B沒(méi)有聯(lián)鎖停機(jī)，之后由操作人員手動(dòng)按下停機(jī)按鈕停機(jī)，造成MP101B齒輪箱部分損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失上百萬(wàn)元。

2 事故技術(shù)分析

事故發(fā)電機(jī)切換盤的市電和發(fā)電機(jī)電源切換采用接觸器控制，本次事故中，市電主接觸器線圈燒毀，引起事故電源由失電切換為發(fā)電機(jī)電源時(shí)事故段各回路短暫失電。由于直流系統(tǒng)電池?fù)p壞，導(dǎo)致高壓電機(jī)綜合保護(hù)器 （以下簡(jiǎn)稱綜保）直流電源失電，綜保失電導(dǎo)致本應(yīng)工藝聯(lián)鎖停車的尿素高壓系統(tǒng)電機(jī)MP101B未停車，最終操作人員手動(dòng)按下停機(jī)按鈕停機(jī)時(shí)MP101B齒輪箱部分損壞；而在此過(guò)程中，同樣綜保失電的合成氨高壓系統(tǒng)電機(jī)03K001沒(méi)有跳車，而合成氨高壓系統(tǒng)電機(jī)05P006A卻跳車了。以下對(duì)本起事故中出現(xiàn)的事故電源及直流系統(tǒng)失電過(guò)程、直流系統(tǒng)失電、尿素裝置高壓系統(tǒng)電機(jī)MP101B未停車、合成氨裝置高壓系統(tǒng)部分電機(jī)跳車、低壓MCC柜電機(jī)跳車等幾個(gè)問(wèn)題逐一進(jìn)行原因分析。

2.1 事故電源及直流系統(tǒng)失電過(guò)程

事故電源及直流系統(tǒng)失電過(guò)程示意如圖1。圖1中的A點(diǎn)代表事故段失電時(shí)刻，假定為0s；B點(diǎn)代表直流屏電池組開路時(shí)刻，事故電源停電后，直流系統(tǒng)電壓降為0V，時(shí)刻約為2s，即2s后由于電池?fù)p壞直流系統(tǒng)停止供電，綜保電源同時(shí)失電；事故電源在接觸器損壞后，停止供電，11s后，事故發(fā)電機(jī)帶上負(fù)載 （C點(diǎn)，時(shí)刻約為11s），發(fā)電機(jī)啟動(dòng)完成，事故段恢復(fù)供電；事故電源恢復(fù)后，直流屏重啟，30s后恢復(fù)正常供電 （D點(diǎn)，時(shí)刻約為41s），輸出電壓恢復(fù)為220V；綜保在直流電源恢復(fù)供電后重啟，13s后恢復(fù)運(yùn)行，自檢正常 （E點(diǎn)，時(shí)刻約為54s）。

圖1 事故電源及直流系統(tǒng)失電過(guò)程示意

2.2 直流系統(tǒng)失電的分析

直流屏交流電源取自事故電源，事故電源失電后，正常時(shí)應(yīng)自動(dòng)切換為蓄電池供電，直流系統(tǒng)保持正常供電，但在本次事故中，蓄電池帶上負(fù)荷2s后，第16節(jié)電池故障開路，造成直流系統(tǒng)失電；事故電源恢復(fù)供電且直流屏啟動(dòng)完畢后，直流系統(tǒng)才恢復(fù)正常。

圖2為2016—2017年1#～18#蓄電池內(nèi)阻趨勢(shì)圖。可以看出，2017年10月開始，16#蓄電池 （圖2中虛線）內(nèi)阻開始明顯上升，據(jù)蓄電池內(nèi)阻、電壓檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，短期的內(nèi)阻、電壓升高并不能判定蓄電池有問(wèn)題，但需密切關(guān)注，而現(xiàn)有技術(shù)條件下對(duì)蓄電池在線檢測(cè)并不能完全確保蓄電池的完好性。

圖2 2016—2017年1#～18#蓄電池內(nèi)阻趨勢(shì)圖

下一步擬制定以下計(jì)劃以提高蓄電池的可靠性：①提高直流屏切換試驗(yàn)頻率，即只要裝置停車就做1次直流屏切換試驗(yàn)，以驗(yàn)證蓄電池的完好性；② 蓄電池接近設(shè)計(jì)壽命，或其內(nèi)阻、電壓有明顯上升趨勢(shì)時(shí)，更換蓄電池。

2.3 尿素高壓系統(tǒng)電機(jī)MP101B未停車的分析

事故電源失電后，DCS發(fā)出脈沖5s的MP101B聯(lián)鎖停車信號(hào)，該信號(hào)直接到尿素高壓系統(tǒng)MP101B的分閘線圈，但由于此時(shí)直流系統(tǒng)失電，且失電時(shí)間持續(xù)41s，導(dǎo)致MP101B無(wú)法分閘停機(jī)，最終導(dǎo)致MP101B齒輪箱部分損壞。

為了避免極端情況下的電源故障隱患，確保DCS能夠正常聯(lián)鎖停機(jī)，將MP101B的DCS聯(lián)鎖停車信號(hào)脈沖修改為75s。

2.4 合成氨高壓系統(tǒng)部分電機(jī)跳車的分析

2.4.1 合成氨高壓系統(tǒng)部分電機(jī)跳車原因分析

同樣的直流系統(tǒng)供電短暫中斷，同樣的控制原理，同樣的沒(méi)有工藝停車信號(hào)，合成氨高壓系統(tǒng)電機(jī)05P006A跳車了，而高壓電機(jī)03K001卻沒(méi)有跳車。經(jīng)分析，合成氨高壓系統(tǒng)電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路的設(shè)計(jì)存在問(wèn)題。

圖3為化肥一期合成氨高壓系統(tǒng)電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路簡(jiǎn)圖。正常運(yùn)行時(shí)，儀表24VDCS系統(tǒng)信號(hào)為1，電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)該信號(hào)為0，這種狀態(tài)認(rèn)為DCS接點(diǎn)為常閉。Y1為高壓電機(jī)分閘線圈，DCS信號(hào)通過(guò)中間繼電器K1、K2控制分閘線圈進(jìn)行分閘，電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，K1、K2帶電，DCS發(fā)信號(hào)停車時(shí)，K1、K2失電，Y1帶電，電機(jī)斷路器分閘。

圖3 化肥一期合成氨高壓系統(tǒng)電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路簡(jiǎn)圖

對(duì)高壓備用柜按照?qǐng)D4接線，模擬直流控制系統(tǒng)從有電到失電再到有電的過(guò)程，在失電到有電瞬間，用示波器檢測(cè)，K2常閉點(diǎn)從閉合到分開時(shí)間近20ms，即Y1帶電近20ms，造成斷路器可能分閘。

對(duì)2臺(tái)備用柜進(jìn)行斷路器分閘模擬試驗(yàn)，結(jié)果顯示：0616備用柜，試驗(yàn)次數(shù)5次，斷路器分閘次數(shù)5次；0617備用柜，試驗(yàn)次數(shù)8次，斷路器分閘次數(shù)6次。這表明斷路器是否分閘存在一定的幾率。

由此得出合成氨高壓系統(tǒng)電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路的設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題：一是正常運(yùn)行時(shí)220V繼電器K2長(zhǎng)期帶電；二是跳閘回路接繼電器常閉點(diǎn)，高壓電機(jī)運(yùn)行中當(dāng)直流系統(tǒng)失電再來(lái)電時(shí)，可能造成高壓電機(jī)跳車。

2.4.2 高壓系統(tǒng)電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路的進(jìn)一步分析

圖4、圖5分別為我公司化肥二期和甲醇一期裝置、化肥一期尿素和甲醇二期裝置的高壓電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路簡(jiǎn)圖。幾套裝置的高壓電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路存在2個(gè)問(wèn)題：一是儀表DCS24V電源系統(tǒng)失電時(shí)高壓電機(jī)是否需要停車；二是高壓電機(jī)DCS自動(dòng)停車信號(hào)是否應(yīng)進(jìn)綜保。

圖4 化肥二期和甲醇一期裝置高壓電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路

圖5 化肥一期尿素、甲醇二期裝置高壓電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路

關(guān)于DCS24V電源系統(tǒng)失電時(shí)高壓電機(jī)是否停車的問(wèn)題，其取決于儀表DCS接點(diǎn)為常開還是常閉。當(dāng)儀表DCS接點(diǎn)為常閉時(shí)，DCS失電，該DCS接點(diǎn)信號(hào)由1變0，電機(jī)停運(yùn)，裝置停車；當(dāng)儀表DCS接點(diǎn)為常開時(shí)，DCS失電，該DCS接點(diǎn)信號(hào)保持為0，電機(jī)正常運(yùn)行，裝置不停車。從儀表角度看，當(dāng)DCS系統(tǒng)失電時(shí)，無(wú)法對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，為了安全起見(jiàn)，必須立即停車，所以儀表DCS接點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)為常閉，當(dāng)DCS24V電源系統(tǒng)失電時(shí)，高壓電機(jī)立即停車。而我公司的現(xiàn)狀是，各裝置 DCS電源失電是否停車設(shè)置不一，據(jù)圖3～圖5對(duì)各裝置DCS電源失電高壓電機(jī)停車與否的設(shè)置進(jìn)行匯總，結(jié)果見(jiàn)表1。

關(guān)于高壓電機(jī)DCS自動(dòng)停車信號(hào)是否進(jìn)綜保的問(wèn)題，其優(yōu)缺點(diǎn)分析如下。

DCS停車信號(hào)進(jìn)綜保的優(yōu)點(diǎn)：電氣可記錄DCS停車信號(hào)；有防抖作用，并可調(diào)；對(duì)儀表繼電器觸點(diǎn)容量要求低。其缺點(diǎn)是：綜保故障時(shí)，DCS無(wú)法停車。

DCS停車信號(hào)不進(jìn)綜保的優(yōu)點(diǎn)：綜保故障時(shí)，不影響DCS停車。其缺點(diǎn)是：DCS停車時(shí)，電氣無(wú)記錄；跳閘時(shí)間與繼電器特性有關(guān)，不可調(diào)；儀表繼電器觸點(diǎn)容量要求在6A以上。

綜上，在綜保及直流電源可靠性有保障的情況下，建議DCS停車信號(hào)進(jìn)綜保。

表1 各裝置DCS電源失電高壓電機(jī)停車與否的設(shè)置

2.4.3 化肥一期合成氨高壓系統(tǒng)電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路的修改

針對(duì)化肥一期合成氨高壓系統(tǒng)電機(jī)電儀交接柜DCS自動(dòng)停車控制回路設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，對(duì)DCS自動(dòng)停車控制回路進(jìn)行如下修改：將繼電器K1輔助接點(diǎn)由常開修改為常閉，將繼電器K2輔助接點(diǎn)由常閉修改為常開。

2.5 低壓MCC柜電機(jī)跳車的分析

本次跳車事故中，所有低壓MCC柜電機(jī)回路全部跳車，且所有自啟動(dòng)設(shè)備均未完成自啟動(dòng)。所有低壓MCC柜電機(jī)采用施耐德TeSysT LTM馬?？刂破鳎姍C(jī)接觸器回路串聯(lián)該控制器的一個(gè)接點(diǎn)，當(dāng)馬保控制器發(fā)出故障信號(hào)時(shí)，接觸器斷開。與施耐德方面溝通，該馬保控制器本身故障與繼電保護(hù)動(dòng)作出口為同一接點(diǎn)，該接點(diǎn)為常開點(diǎn)。當(dāng)馬保帶電自檢正常時(shí)，該接點(diǎn)從斷開到閉合；當(dāng)馬保失電或者繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)，該接點(diǎn)從閉合到斷開，發(fā)出故障信號(hào)，接觸器斷開。該設(shè)計(jì)與其他低壓馬?？刂破鞑煌淠康氖邱R?？刂破骺杀O(jiān)控跳閘接點(diǎn)的完好性。

3 結(jié)束語(yǔ)

本次停車事故，表面上看似為接觸器線圈損壞所致，但實(shí)際上其背后有各種隱患，包括直流屏電池隱患、DCS聯(lián)鎖停車信號(hào)脈沖時(shí)間短、電儀交接柜隱患、低壓電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)隱患等。每起事故背后都可能有深層次的原因，只有將事故分析透，找出事故的癥結(jié)所在，有效消除隱患，才能避免類似事故的再次發(fā)生。