機組控制系統(tǒng)電源模塊故障原因分析及對策

楊亮，楊松，趙權(quán)

(中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100)

在一些工業(yè)設(shè)備的輸配電控制系統(tǒng)中,由于一些原因使供配電系統(tǒng)單相接地、相間電壓過高,導(dǎo)致控制設(shè)備和系統(tǒng)中的電源模塊發(fā)生損壞,控制設(shè)備和系統(tǒng)無法正常工作和運行,造成控制設(shè)備非正常停機,裝置停產(chǎn),還可能因電壓過高造成系統(tǒng)備件和原料的浪費,產(chǎn)生嚴重的經(jīng)濟損失。針對上述問題，提出TRICON控制系統(tǒng)的供電控制方式的改造方案。

1 存在的問題

壓縮機作為化工裝置的核心動設(shè)備之一，要求長周期、可靠運行，不能出現(xiàn)非計劃性停機。某公司壓縮機控制采用TRICON控制系統(tǒng)，將多個分立儀表單元，如防喘調(diào)節(jié)器、聯(lián)鎖自保系統(tǒng)、電子調(diào)速器、負荷調(diào)節(jié)器等功能集成在一套可靠性較高的三重冗余容錯控制系統(tǒng)(TMR)中完成，但是由于該控制系統(tǒng)的電源模塊供電電壓過高，超過內(nèi)部電路壓敏電阻電壓設(shè)定值，使電源模塊輸入端電源短路，引起供電電源空氣開關(guān)跳閘、系統(tǒng)失電，造成該系統(tǒng)無法正常運行，導(dǎo)致設(shè)備非正常停機，生產(chǎn)中斷。

2 控制系統(tǒng)供電原理

該控制系統(tǒng)控制器機箱都裝有雙冗余配置的電源模塊。每個通信通道有獨立的電源調(diào)節(jié)器，能夠滿足機箱中的所有模塊功率要求。機箱底板上設(shè)置了單獨的電源軌進行饋電。

該控制系統(tǒng)電源模塊主要由防電涌電路、輸入濾波電路、整流濾波電路三部分組成。通過該模塊將交流220 V轉(zhuǎn)換為直流6.5 V后通過機箱底板給各卡件供電。電源模塊電路如圖1所示。

圖1 電源模塊部分電路示意

圖1中，RMOV1，RMOV2，RMOV3為壓敏電阻，主要為防止電涌沖擊，RMOV1是針對輸入端L相單相對地電壓超壓保護，RMOV2是針對輸入端N相單相對地電壓超壓保護，RMOV3是針對輸入端L相和N相相間電壓保護。

壓敏電阻的作用是電路中若出現(xiàn)電壓過高異常現(xiàn)象，保護其電路免受損害。當壓敏電阻兩端的電壓小于其設(shè)定值時，通過壓敏電阻的電流非常小，壓敏電阻所處的回路相當于開路，此時L相通過RMOV1對地回路相當于開路，N相通過RMOV2對地回路相當于開路，L相通過RMOV3和N相之間相當于開路。壓敏電阻兩端的電壓高于其設(shè)定值時，通過它的電流非常大，壓敏電阻損壞擊穿，其所處的回路相當于短路[1]。當RMOV1壓敏電阻擊穿，L相對地回路相當于短路，當RMOV2擊穿時，N相對地回路相當于短路，RMOV3擊穿時，L相和N相之間相當于短路。

圖1中RTH1，RTH2為熱敏電阻，主要防止過電流。RTH1是針對輸入端L相回路過電流保護，RTH2是針對輸入端N相回路過電流保護。當回路送電時，熱敏電阻阻值比較大，降低回路的啟動電流，電源啟動后工作電流通過熱敏電阻使其產(chǎn)生熱量，熱敏電阻阻值下降，相當于導(dǎo)線，使電路的電流消耗降到最低[2]。

輸入側(cè)電磁干擾濾波器(EMI)主要防止電磁干擾,可以抑制高頻電磁濾波噪聲及高頻雜波對輸入信號產(chǎn)生的干擾,每個開關(guān)電源在高壓輸入側(cè)均會做防電磁干擾處理[3]。

3 原因分析

該控制系統(tǒng)采用UPS電源三相供電方式，供電負載包括： 機組綜合控制系統(tǒng)(ITCC)，分散控制系統(tǒng)(DCS)，緊急停車系統(tǒng)(ESD)，擴音對講系統(tǒng)。

由于UPS電源輸出端C相的負載擴音對講系統(tǒng)現(xiàn)場接地，使PEN與C相接通，PEN線帶電變成火線，造成A相和B相由對地220 V相電壓變?yōu)?80 V線電壓[4]，導(dǎo)致ITCC電源模塊輸入端電源A相對地電壓抬高。而RMOV1的閾值電壓為300 V，使該壓敏電阻被擊穿燒壞，電源模塊輸入端A相接地，輸入端B相接地，形成短路電流，斷路器跳閘，該控制系統(tǒng)兩路電源模塊輸入失電，導(dǎo)致機組停機。

而作為UPS負載的DCS，ESD電源模塊，其壓敏電阻設(shè)置的擊穿電壓高，當電源模塊輸入端相間電壓超過380 V時，壓敏電阻不會擊穿，電源模塊不受影響，UPS供電方式如圖2所示[5]。

圖2 UPS電源供電方式示意

4 解決方法及使用效果

在UPS電源三相輸出回路中，每相增設(shè)1臺隔離變壓器[6]，形成3個獨立的供電輸出回路。各輸出回路均采用浮空接地方式[7]，確保各負載在任何情況下不發(fā)生相互干擾，影響供電。整改后的UPS供電方式如圖3所示。

圖3 改進后的UPS供電方式原理示意

改進后的UPS供電系統(tǒng)在輸出端A相負載(ITCC合成氣壓縮機、ITCC氨壓縮機)，B相負載(ITCC二氧化碳壓縮機)，C相負載(擴音對講系統(tǒng))都安裝了獨立的隔離變壓器。投入運行后，A相、B相多次出現(xiàn)單相接地情況，未對TRICON控制系統(tǒng)造成影響，也未發(fā)生模塊壓敏電阻擊穿情況，由此可見，安裝隔離變壓器后起到了很好的效果。

5 結(jié)束語

工業(yè)UPS系統(tǒng)負載較多，單相接地現(xiàn)象時有發(fā)生，該控制系統(tǒng)的供電采用浮空供電方式、UPS系統(tǒng)內(nèi)部增設(shè)了隔離變壓器，以確保系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行。結(jié)合現(xiàn)場事故發(fā)生的實例分析在設(shè)計和選擇控制系統(tǒng)時要明確各控制系統(tǒng)的電源回路和供電的要求,同時也要明確各系統(tǒng)壓敏電阻的擊穿電壓,避免類似的漏電情況同時發(fā)生。