抽屜式低壓開關(guān)柜隱患改造實(shí)例

李曉宇

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司白云天然氣作業(yè)公司，廣東 深圳 518000）

引言

在油氣開采處理中，現(xiàn)場許多流體介質(zhì)需要大量的泵類提供動力來源，因此海上平臺低壓配電系統(tǒng)中，負(fù)載為電機(jī)的低壓抽屜占據(jù)大分部。海上平臺屬于高溫高潮高鹽分環(huán)境，現(xiàn)場電機(jī)受介質(zhì)變動和環(huán)境影響，容易發(fā)生過載、過流、堵轉(zhuǎn)、空載、三相不平衡現(xiàn)象，在沒有上述保護(hù)功能情況下的長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)極易產(chǎn)生燒毀，導(dǎo)致火災(zāi)事故。因此在石油化工行業(yè)中，電機(jī)在異常情況下的自動停止保護(hù)功能顯得尤為重要。

通過對某海上天然氣平臺400 V 低壓抽屜柜電機(jī)控制回路的分析，發(fā)現(xiàn)其在二次回路保護(hù)上的設(shè)計(jì)存在安全隱患，當(dāng)抽屜里的馬達(dá)保護(hù)器因某種原因失電（24 VDC）時，抽屜柜對電機(jī)的保護(hù)功能喪失后，電機(jī)仍然運(yùn)轉(zhuǎn)，不會自動停機(jī)。此時電機(jī)失去保護(hù)和監(jiān)測，存在重大安全隱患。為了消除原有設(shè)計(jì)的缺陷，需要對400 V 低壓抽屜柜二次回路進(jìn)行改造，并加裝24 V DC 保護(hù)繼電器，實(shí)現(xiàn)24 VDC 保護(hù)電源失電時，電機(jī)能立即自動停機(jī)的功能。

1 海上石油平臺低壓抽屜開關(guān)柜介紹

1.1 低壓抽屜開關(guān)柜介紹

某海上天然氣平臺400 V 配電系統(tǒng)通過低壓母線槽與主變壓器（6 300 V/400 V）低壓側(cè)連接，通過低壓電纜與各類負(fù)荷連接。400 V 配電系統(tǒng)，由400 V 配電盤和馬達(dá)控制中心組成，采用的是空氣絕緣金屬鎧裝柜，防護(hù)等級為IP23。低壓開關(guān)柜的柜體主要包括進(jìn)線柜、母聯(lián)開關(guān)柜、馬達(dá)控制柜和饋電單元[1]，各部分功能如下：

1）進(jìn)線柜將變壓器低壓側(cè)的400 V 電源輸出至低壓配電盤母排，對母排實(shí)行檢測、故障報(bào)警和保護(hù)。

2）母聯(lián)開關(guān)柜主要用于連接各段母排，根據(jù)操作要求和需要，起連接或隔離作用。

3）馬達(dá)控制單元的功能是通過回路開關(guān)把電源送到電動機(jī)上，并對其線路進(jìn)行檢測和保護(hù)。

4）饋電單元主要為照明小功率變壓器、配置啟動裝置的400 V 用電設(shè)備等供電。

1.2 抽屜柜電氣原理介紹

抽屜馬達(dá)控制回路采用的是塑殼斷路器+接觸器+智能馬達(dá)保護(hù)器（M101-P），可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制和保護(hù)功能，這些元件采用的是ABB 公司的產(chǎn)品，其電氣原理圖[2]如下（如下頁圖1 所示）。

抽屜內(nèi)一次/二次回路上總共有4 種形式的電源，具體為：

1）主回路采用400VAC、3 相3 線、50Hz；

2）二次合/分閘控制回路電源，取自各抽屜內(nèi)單獨(dú)設(shè)置的變壓器（400/110 V AC），即啟/停控制回路和運(yùn)轉(zhuǎn)/停止指示燈，采用110 V、50 Hz；

3）二次回路跳閘、保護(hù)、測試控制電源，取自上游UPS，包括：盤柜測試位置（TEST 位）控制回路，采用UPS110 V AC、50 Hz；馬達(dá)控制器采用24 V DC（UPS110 V AC/24 V DC 電源模塊）。

馬達(dá)保護(hù)器M101-P 時時采集三相電流，經(jīng)過內(nèi)部數(shù)據(jù)運(yùn)算，可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的過流、空載、堵轉(zhuǎn)、過載、缺相控制保護(hù)功能，并把數(shù)據(jù)通過Profibus 通訊電纜傳輸?shù)絇MS 電力負(fù)荷管理系統(tǒng)。

2 低壓抽屜開關(guān)柜改造前存在的問題

2.1 馬達(dá)保護(hù)器的保護(hù)原理

抽屜的控制模式有四種，分別是自動AUTO、手動MANU、PMS 和OFF。當(dāng)馬達(dá)保護(hù)器供電電源24 V DC正常時，選擇AUTO/MANU/PMS 任一模式時，如果馬達(dá)保護(hù)器檢測到電機(jī)三相電流數(shù)據(jù)異常，經(jīng)電氣原理圖（如下頁圖1 所示）分析，其上的X4：2 觸點(diǎn)動作，使得中間繼電器K4 線圈得電，K4 常閉觸點(diǎn)NC 動作，自動切斷二次控制回路，從而使得接觸器KM1 線圈斷電，引起接觸器KM1 三個主觸頭斷開，電機(jī)立即停機(jī)，達(dá)到保護(hù)電機(jī)的功能。

2.2 原有設(shè)計(jì)上存在的隱患

如果恰巧遇到保護(hù)模塊電源故障，比如24VDC電源保險(xiǎn)損壞、保護(hù)電源線接觸不良、上游電源模塊UPS110VAC/24VDC 損壞、上游UPS110VAC 空開跳閘等，馬達(dá)保護(hù)器就會失去24VDC 電源。經(jīng)原理圖圖紙分析和現(xiàn)場實(shí)際測試都發(fā)現(xiàn)，當(dāng)馬達(dá)保護(hù)器失電時（此時抽屜柜保護(hù)功能已喪失），中間繼電器K4 線圈一直不會有電（無論三相電流正常/異常），K4 的常閉觸點(diǎn)NC 就會一直閉合，接觸器KM1 的線圈不會斷電，主回路接觸器KM1 仍然吸合，電動機(jī)不會自動停機(jī)，依舊運(yùn)轉(zhuǎn)。馬達(dá)保護(hù)器失電，會導(dǎo)致原有的過流、空載、堵轉(zhuǎn)、過載、缺相保護(hù)功能全部失效。在缺少保護(hù)與監(jiān)控的情況下，電機(jī)繼續(xù)長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，極易產(chǎn)生生產(chǎn)事故，存在重大安全隱患。

為了消除原有設(shè)計(jì)功能上的缺陷，需要對400 V低壓抽屜柜二次回路進(jìn)行改造，不論何種模式下，都要實(shí)現(xiàn)馬達(dá)保護(hù)器24 VDC 電源失電時，電動機(jī)自動停機(jī)的保護(hù)。

3 低壓抽屜開關(guān)柜改造的過程

3.1 改造范圍

納入改造范圍的抽屜是全平臺所有有此隱患的抽屜，包括主開關(guān)MCC 間LA 段、LB 段、LC 段、SPP 段；應(yīng)急配電EMCC 間LE 段；生活樓正常配電間L 段及生活樓應(yīng)急配電間E 段，共232 個低壓開關(guān)抽屜柜。

3.2 改造方法

對400 V 低壓抽屜柜二次回路進(jìn)行改造，由于涉及改造的抽屜數(shù)量較多，而且抽屜內(nèi)部已有斷路器、接觸器等很多元器件，空間狹小，尤其是8E/2 型號的小抽屜所?？臻g更小，不適合做大范圍的改動。經(jīng)過對原理圖的分析和反復(fù)討論，我們采用如下方案（如下頁圖2 所示）：

1）在馬達(dá)保護(hù)器24 V DC 電源上加裝了兩個24 V DC 電源保護(hù)繼電器K9、K10。

2）在二次回路上，在110 V AC 兩根線上加入K9、K10 的常開觸點(diǎn)NO。

3.3 現(xiàn)場施工改造

確定好方案后，協(xié)調(diào)物料，進(jìn)入改造階段，具體消耗物料如下頁表1 所示。為了保障改造的成功，每個抽屜的改造，改造完成后都進(jìn)行如下步驟：

表1 低壓抽屜柜改造 物料消耗清單

1）兩人確認(rèn)增改的線路，確保接線正確。

2）立即進(jìn)行功能測試，在AUTO/MANU/PMS 三種模式下都能正常啟停電動機(jī)。

3）立即進(jìn)行功能測試，在AUTO/MANU/PMS 三種模式下，當(dāng)馬達(dá)保護(hù)器24 V DC 電源失電后，電動機(jī)都能自動停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 低壓抽屜開關(guān)柜改造后的效果

通過上面的改造（見下頁圖3 中紅色標(biāo)記），不論選擇何種模式下（AUTO/MANU/PMS）：

1）當(dāng)24 V DC 保護(hù)電源正常時，保護(hù)繼電器K9、K10 線圈得電動作，其NO 觸點(diǎn)閉合，給二次控制回路供電110 V AC，才允許啟動電動機(jī)；

2）當(dāng)24 V DC 保護(hù)電源失電時，保護(hù)繼電器K9、K10 線圈立即失電，其NO 觸點(diǎn)立即斷開，二次控制回路立即失電，接觸器KM1 線圈立即失電，主回路的接觸器KM1 主觸點(diǎn)立即脫開，電動機(jī)立即斷電，實(shí)現(xiàn)了24 VDC 保護(hù)電源失電時，電動機(jī)自動停機(jī)的功能。

5 結(jié)語

經(jīng)過為期29 d 的改造，某海上石油平臺232 個400 V 低壓抽屜柜全部進(jìn)行了改造升級，在二次回路加裝的保護(hù)繼電器，保護(hù)電源得電后才允許啟動電機(jī)，在保護(hù)電源失電時自動切斷主回路電源，使電機(jī)立即自動停機(jī)，起到雙重保護(hù)的作用。這種改造，實(shí)現(xiàn)了低壓抽屜柜自我檢測、自我切斷、自我保護(hù)功能，提高了設(shè)備的本質(zhì)安全。

石油化工行業(yè)是高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，設(shè)備在異常情況下的自動停止保護(hù)功能非常重要。此次改造雖然原理簡單，所花費(fèi)用不高，但通過這次改造，彌補(bǔ)了原有設(shè)計(jì)上的缺陷，實(shí)現(xiàn)了24 V DC 保護(hù)電源失電時，抽屜柜保護(hù)功能喪失后，電動機(jī)立即自動停機(jī)的功能，大大增加了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，在技術(shù)上為安全生產(chǎn)提供保障。