宋涛

(安阳钢铁集团公司，河南安阳 455000）

【关键字】氮压机；控制柜；断路器；合闸；延时

1 改造原因

某大型制氧机组是2001 年建设投产，由于设备运行多年，设备存在的问题较多，特别是电气控制部分的设备，其断路器的机械性能和电气性能的下降和保护装置的老化，再加上高压柜所带机械连锁也有些失灵的情况，造成真空断路器在分合闸过程中多次出现拒动甚至是误动等异常现象，严重威胁整套制氧机组的安全运行。所以有必要对系统高压设备的控制系统进行改造。首先改造的是一台氮压机，电机功率938 kW，额定电压10 kV，采用中置式真空断路器，启动方式是直接启动。

2 存在问题

根据公司生产要求，先对接线较少、停车后生产影响不大的某氮压机进行改造，同时也有足够时间对改造中出现的问题及时进行处理。如果该氮改造成功，再继续对重要程度更高、时间要求更紧的另外几台氮压机、氧压机、空压机等其他主机进行改造，确保改造的可靠性。在改造过程中，出现了种种问题，主要问题如下。

（1）新控制原理图是充分利用原来的控制线来设计的，加上采用的继电保护装置型号不同，所以接线时只能参照老原理图和新图纸来对照进行接线。但是由于原有接线中不少线号因灰尘和油渍腐蚀已经模糊看不清，也有以前的一些小的改造而在控制图里没有体现，因此造成改造难度增大。

（2）新原理图和老原理图是由不同的设计人员设计的，即使参照了原来的原理图，其中也有不少冲突的地方或功能不能完全实现的，也需要修改，这也加大了改造难度。

3 改造过程

原电气原理图如图1所示。

新电气原理图如图2所示。

图1 原控制原理图

图2 新控制原理图

从图2 可见只有机旁进口柜合闸回路，却没有机旁进口柜分闸回路。这就需要找到机旁进口柜分闸回路。由于控制系统有多个专业按功能管理，加上原接线拆除前保护措施不完善，结果错把仪控DCS分闸作为了机旁进口柜分闸回路，见图3。

在机旁柜查线，发现从高压柜到机旁进口柜总共有三根电缆，其中一根低压动力电缆，主要是作为氮压机低压电源；另两根是控制电缆，给断路器提供分合闸信号和断路器送出的状态信号。

图3 原DCS分闸回路

经过校线，确认为合闸控制线，由于现场噪音太大，现场和就地人员沟通失误，加上端子接触不良等原因，被误认为是断路器状态点。由于机旁柜紧停开关串在红绿两根线间，被误认为DCS 分闸回路，然后把高压柜找到的去DCS 的线接到了分闸回路。

线路接好后，高压柜试验分合闸成功，模拟屏分闸成功。现场做传动试验时，断路器刚合闸，控制屏发出启动器故障信号，堵转保护动作（因为电机不动）。接着联系仪表准备正式开车来试验现场分合闸是否正常。

现场试车开始，电机正常启动。当下达停车指令后，发现机旁柜不能正常停车，紧停也不起作用，只好从高压柜手动停车。停车后，各专业人员集合进行故障分析。通过这次试车失败，说明认为分闸线根本就是分闸回路。机旁柜要实现分合闸，经过分析应该是通过柜内控制板的数字量输出端和数字量输入端来控制。

对数字量输出端和数字量输入端的接线逐根查校，并画出了接线走向图，如图4所示。

图4 控制板对外接线图

从图4 可以看出，数字量输出端只有到启动继电器的线，而没有直接到高压柜分合闸回路的线。同时在查线过程中发现紧停开关已经损坏，有一对常闭接点不能分断，这将造成机旁柜不能可靠通过紧停开关来停车。这个紧停开关是由两对常闭点组成，而找到的紧停开关备件都是由一组常开点和一组常闭点组成，不能直接使用。为了尽快实现试车，对紧停开关备件进行了拆分组合，终于满足了使用要求。

通过研究控制板接线图发现，原来老图纸机旁柜开停车都是通过一条认为只是合闸回路来实现的。这套启动原理与别的机组完全不一样。而其他机组的开停车回路是分别通过3根线（分、合闸回路共用一根公共线）或4 根线（两根合闸线、两根分闸线）实现的。本套氮压机原先的启动过程是当机旁柜控制面板发出启动命令后，启动继电器得电吸合，继电器的常开点闭合，合闸电源通过这个闭合的常开点，再经过紧停的常闭点，送到高压柜综保装置内分合闸回路，使综保内的时间继电器得电，这时候分闸回路中的时间继电器的一个常闭点先分断，合闸回路中的时间继电器的一个瞬时打开延时闭合的开点动作并开始计时，当时间到后，这个开点闭合，接通合闸回路，电机开始启动。要使电机停车，只需要机旁柜发出停车指令让启动继电器失电或者拍紧停开关，这时候综保内部的时间继电器失电，分闸回路的时间继电器的分断的常闭点恢复成闭合状态，使分闸回路接通，电机停车。

由于新图纸中新综保内部逻辑不带时间继电器功能，加上外部电路也没有设计时间继电器，如果重新更换带延时功能的综保将会影响施工周期，因此我们决定在现有合闸回路添加时间继电器来控制断路器的分合。如图5所示。

图5 控制回路增加部分

经过这样改造后的分合闸回路和老原理图中的分合闸回路功能相同。高压柜到机旁柜的6根线再次经过查校，确认了合闸回路用线。新增时间继电器的时间初步设定为1 s。

为了验证改造的正确性，决定正式启动氮压机。工艺人员现场发出启动指令，但启动还是失败，机旁柜显示屏仍旧打出启动器故障。询问氮压机厂家，原来发出“启动器故障”信号会有三个原因：（1）没有电流反馈值；（2）没有断路器状态反馈信号；（3）启动时间超过1 s。但是开车前，已经对电流反馈线和断路器状态反馈线进行过测量试验都正常。对于第3 个原因，却正好符合。因为时间继电器延时启动时间正好被设为1 s，加上断路器的动作反应延迟，启动时间绝对超过1 s，因此启动失败“启动器故障”信号被发出。找到失败原因后，决定用传动试验来验证一下。这次传动试验，为了防止再次出现堵转保护（机旁柜通过检测高压柜电流反馈来识别是否堵转），通过电流发生器直接输入给控制柜反馈电流；时间继电器延时设为了0.2 s。从现场发出启动指令，断路器合闸成功，现场停车也正常，传动试验成功。正式启动氮压机检验改造效果，启动和停车非常成功。

试车虽然成功了，但是还是发现了一个隐患，那就是高压柜试验合闸回路有问题。当按下高压柜试验合闸按钮后，断路器一合就跳闸。而改造前，试验分合闸是正常的。原来线路改造后，当进行高压柜断路器试验合闸时，时间继电器是不动作的，它的常闭点也就不会分断，但是时间继电器常闭接点后面接的断路器本身的常开点会闭合，这样断路器的分闸回路会接通，引起断路器跳闸。所以只有把时间继电器拔掉才能进行断路器的试验分合闸。之后采用一个连接片来代替那个断路器的常开点。当进行断路器的试验合闸时，只需要去掉连接片，就可以正常合闸了。

4 结语

设备改造前，应集合相关专业人员与设计人员一起对新图纸进行图纸会审，优化并完善设计图纸；在对设备进行改造时，如果还想利用原来的线路，在拆除原接线时，可以先拍照，然后对照原接线原理图，一根一根接线进行校线，在把原先的接线都甄别清楚以后，再进行拆除旧线工作，并做好标识；只有在各种传动试验、保护试验都正常的情况下，才能对电机进行带负荷试运行。从而防止出现突发事件造成设备损坏。