制氧機(jī)電網(wǎng)暫降跳機(jī)故障分析及優(yōu)化改造措施

張勇鵬，程謙勝，陳志宏，陳連明，位天時(shí)

（安徽馬鋼氣體科技有限公司，安徽馬鞍山24300）

1 故障背景

某鋼廠區(qū)域內(nèi)有3 萬(wàn)m3/h和4 萬(wàn)m3/h制氧機(jī)組2套。2020年3月26日06:01:39，因外部電網(wǎng)電壓暫降4 萬(wàn)m3/h 空分機(jī)組DCS 系統(tǒng)出現(xiàn)10 kV 配電系統(tǒng)綜合報(bào)警，06:01:52 空壓機(jī)防喘振保護(hù)動(dòng)作，聯(lián)鎖空分全系統(tǒng)跳停；06：10 3 萬(wàn)m3/h 空分機(jī)組632#配電所低壓Ⅰ段（由4 萬(wàn)m3/h 6319 提供保安電源）電壓波動(dòng)，導(dǎo)致運(yùn)行于該段的2#循環(huán)粗氬泵變頻器直流低電壓保護(hù)跳閘，恢復(fù)過程中，由于1#泵加載過程中發(fā)生泵汽蝕，精餾工況紊亂，最后導(dǎo)致空壓機(jī)防喘振閥動(dòng)作，聯(lián)鎖空壓機(jī)、增壓機(jī)卸載，膨脹機(jī)跳停，液氧泵跳停，3 萬(wàn)m3/h空分全系統(tǒng)聯(lián)鎖停機(jī)。

2 原因分析

此次4 萬(wàn)m3/h空分全系統(tǒng)停機(jī)的主要原因是外部電網(wǎng)電壓暫降，3 萬(wàn)m3/h機(jī)組跳機(jī)原因：

（1）高低壓不同源，受4 萬(wàn)m3/h供電影響。

（2）低壓系統(tǒng)主要設(shè)備在電源晃電時(shí)，觸發(fā)過電壓或欠電壓保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致設(shè)備停止運(yùn)行。

3 原供電方式

該2 套制氧系統(tǒng)電源都是由能環(huán)部63#變電所提供，其中63#變電所Ⅰ段6309 線供4 萬(wàn)m3/h 機(jī)組631#配電所，6319 線供3 萬(wàn)m3/h 低壓低壓I 段（保安電源）；63#變電所Ⅱ段6318 線供3 萬(wàn)m3/h機(jī)組632#配電所，6310 線供4 萬(wàn)m3/h 低壓Ⅱ段（保安電源）。見圖1配電所電氣系統(tǒng)。

圖1 配電所電氣系統(tǒng)圖

因?yàn)楦?、低壓電源系統(tǒng)存在不同源和抗晃電能力差的缺陷，曾多次出現(xiàn)63#配電所10 kV 側(cè)某段高壓發(fā)生故障時(shí)，由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)導(dǎo)致在線的另一臺(tái)機(jī)組的低壓運(yùn)行設(shè)備故障，引起空分系統(tǒng)跳停。

4 改造方案

4.1 高壓與低壓重要設(shè)備同源改造

4.1.1 4 萬(wàn)m3/h制氧機(jī)組同源改造

對(duì)631#配電所低溫液體泵變頻機(jī)組控制柜（FCBD-1/FCBD-2）兩路380 V 低壓電源進(jìn)行改造。在低壓Ⅰ段增加一臺(tái)ABB 框架式斷路器（1 250 A）做變頻機(jī)組控制柜（FCBD-2）電源進(jìn)線；將原有PM607-T2-40P 柜體清空，抽屜開關(guān)重新布局；因安裝截短的垂直排需要將框架斷路器安裝在柜子上部，原抽屜開關(guān)移到柜子底部。將原低壓Ⅱ段FCBD-2 柜電源進(jìn)線，移至低壓Ⅰ段上。改造后，變頻機(jī)組控制柜（FCBD-1/FCBD-2）進(jìn)線380 V 電源，由低壓Ⅰ段分兩個(gè)開關(guān)供電。

4.1.2 3萬(wàn)m3/h制氧機(jī)組同源改造

低壓Ⅰ段上（1#液氧泵、1#液氬泵、1#中壓氬泵）電源電纜移接至低壓Ⅱ段同容量備用抽屜開關(guān)柜。

低溫液體泵電源（2#液氧泵、2#液氬泵、2#中壓氬泵）由抽屜開關(guān)柜直送2#液氧泵、2#液氬泵、2#中壓氬泵變頻器柜。

4.2 電壓暫降治理改造

4.2.1 改造分析

內(nèi)壓縮制氧系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備主要有高壓電機(jī)拖動(dòng)的空壓機(jī)、增壓機(jī)、氮壓機(jī)以及低壓負(fù)荷液體泵、輔助油泵、加熱器等。高壓負(fù)載設(shè)備可以通過調(diào)整保護(hù)整定值可有效降低設(shè)備因晃電停機(jī)的概率，晃電發(fā)生瞬間高壓負(fù)載直接跳停的可能性低于低壓負(fù)載晃電跳停。如果出現(xiàn)低壓負(fù)載跳機(jī)，因分餾系統(tǒng)工況惡化，可能觸發(fā)聯(lián)鎖導(dǎo)致高壓主設(shè)備跳停，對(duì)生產(chǎn)造成巨大的負(fù)面影響。

經(jīng)過多次認(rèn)證和技術(shù)交流，擬定在3 萬(wàn)m3/h 制氧重要的低壓負(fù)荷引進(jìn)暫態(tài)電壓主動(dòng)防御裝置（VAAS）（部分設(shè)備采用VSAM 抗晃電保護(hù)器）以徹底治理低壓部分系統(tǒng)晃電問題。

通過對(duì)低壓設(shè)備分析梳理，主要對(duì)3 萬(wàn)m3/h 制氧2#變壓器380 V 低壓Ⅱ段進(jìn)行變頻器負(fù)載及接觸器類負(fù)載進(jìn)行晃電治理，具體設(shè)備見表1。

表1 晃電治理設(shè)備表

經(jīng)統(tǒng)計(jì)Ⅱ段需保護(hù)的變頻器負(fù)載額定總功率為281.7 kW，考慮到實(shí)際運(yùn)行中設(shè)備沖擊、變頻器諧波系數(shù)、功率因數(shù)、負(fù)荷率等因素的影響，需選用容量為400 kVA VAAS 設(shè)備帶系統(tǒng)10 臺(tái)變頻器，接觸器類負(fù)載選用7 臺(tái)VSAM-380/220-C 抗晃電保護(hù)器。

4.2.2 VAAS改造

通過改造，實(shí)現(xiàn)各機(jī)組液體泵低壓電與高壓同源，避免3 萬(wàn)m3/h、4 萬(wàn)m3/h 機(jī)組電氣系統(tǒng)互相干擾出現(xiàn)同時(shí)跳機(jī)的重大風(fēng)險(xiǎn)。

3 萬(wàn)m3/h 制氧2#變壓器380 V 低壓Ⅱ段系統(tǒng)變頻器負(fù)載供電回路并聯(lián)VAAS 設(shè)備，實(shí)時(shí)檢測(cè)電源側(cè)電壓狀態(tài)，電壓正常時(shí)，VAAS 在備用狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)電壓發(fā)生晃電、電壓短時(shí)中斷時(shí)，該裝置在1 ms內(nèi)將晶閘管開關(guān)斷開，將故障主電源隔離，超級(jí)電容放電，通過逆變器給負(fù)載供電可持續(xù)3 s，保證負(fù)荷不間斷正常供電，當(dāng)主電源恢復(fù)正常后，晶閘管閉合，VAAS 系統(tǒng)退出運(yùn)行，重新由主電源給負(fù)載供電，超級(jí)電容充電，VAAS 系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。VAAS設(shè)備系統(tǒng)圖見圖2，設(shè)備參數(shù)見表2。

圖2 VAAS設(shè)備系統(tǒng)圖

表2 VAAS系統(tǒng)基本性能參數(shù)表

4.2.3 VSAM改造

3 萬(wàn)m3/h 制氧2#變壓器380 V 低壓Ⅱ段系統(tǒng)中采用接觸器控制投切的部分低壓重點(diǎn)負(fù)荷采用VSAM 抗晃電保護(hù)器作為晃電治理設(shè)備，每個(gè)接觸器的線圈控制回路裝配一臺(tái)VSAM 抗晃電保護(hù)器，保護(hù)接觸器在晃電時(shí)保持吸合，避開晃電時(shí)脫扣。

如圖3 所示，選用7 臺(tái)VSAM-380/220-C 抗晃電保護(hù)器（參數(shù)見表3），將接觸器控制線圈接入VSAM 抗晃電保護(hù)器（KM 線圈A1、A2）的接線端子，用于VSAM 抗晃電保護(hù)器對(duì)AC220 V 接觸器進(jìn)行啟?？刂婆c抗晃電保護(hù)。

圖3 VSAM系統(tǒng)原理圖

表3 VSAM系統(tǒng)性能參數(shù)表

4.3 改造效果

通過增加VAAS和VSAM達(dá)到如下效果。

(1)徹底保證晃電時(shí)受保護(hù)400 kVA 負(fù)荷不停機(jī)，變頻器以原頻率和轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。

(2)VAAS 采用電容儲(chǔ)能，能夠在晃電時(shí)保持系統(tǒng)正常電壓3 s，徹底解決晃電問題。

(3)VSAM 抗晃電保護(hù)器在晃電發(fā)生時(shí)能夠保證接觸器0.1～9.9 s保持吸合，避開晃電時(shí)脫扣。

(4)在電網(wǎng)正常的情況下,防晃電系統(tǒng)不影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

5 結(jié)論

通過此次改造，消除了晃電對(duì)3 萬(wàn)m3/h 制氧機(jī)低壓系統(tǒng)的影響，解決了3 萬(wàn)m3/h、4 萬(wàn)m3/h 制氧機(jī)高低壓互相影響的缺陷，提高了制氧系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性。