李 瀚，胡 斌，彭继敏，苗 栋，龙华超

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524000）

0 引言

北部湾某海上平台两台阿特拉斯GA-90 型直喷双螺杆式空压机互为备用，于2020 年4 月安装于平台17 m 甲板船头右舷（风口），现场无遮挡。空压机在近两年的运行期间故障不断，先后出现显示屏故障报警、电控回路主接触器烧坏、开关间断路器跳闸以及控制回路保险丝烧坏等电气故障事件累计达17次之多，空压机运行不稳定影响平台的生产供气，故障频率高发使平台维修部门维护压力极大。

1 GA-90 空压机运行故障

该海上平台17 m 甲板面有3 台空压机，两台GA-90 型，一台GA-55 型，在近两年的运行时间里，因主回路接触器吸合、运行工况改动频繁等原因引发接触器烧坏、主断路器跳闸、控制回路保险丝烧坏等事件数十次，相关维修记录见表1。

表1 空压机运行故障及维修记录

1.1 主接触器烧熔

该空压机采用固频低压Y-△切换启动运行。Y-△切换接触器采用西门子3RT5054-1～6 接触器，额定功率55 kW，额定电压400 V。经核算，该型号接触器容量可以满足空压机启动运行。但在过去的两年里，两台GA-90 空压机现场控制柜的Y-△切换主接触器多次发生主触点烧熔、短路冒烟等事故（图1），之前的处理方法是直接更换新的同型号接触器，但问题依旧存在。

图1 烧熔的接触器主触点

1.2 主断路器跳闸

原开关间配套主断路器型号为西门子VL250L 断路器，额定电压400 V，额定电流250 A，该断路器带热继功能，范围200～250 A，正常运行时调整刻度值为220 A。

空压机偶尔会出现主断路器跳闸情况，分析是空压机运行中出现接触器主触点烧熔造成切换不成功而产生了相间短路，短路电流触发主断路器短路脱扣。对此也曾更换了新的主断路器（图2），但跳闸故障仍反复出现。

图2 更换的250A 主断路器

1.3 控制回路熔断器烧毁

在Y-△接触器切换期间如果遇到触点烧熔而发生相间短路，会产生瞬间尖峰电流，该尖峰电流经过控制变压器最终使控制回路断路器发生熔断。

2 空压机运行原理分析

该海上平台安装的两台空压机是阿特拉斯品牌GA 系列GA-90 型喷油型双螺杆式空气压缩机，具有运行可靠、产气量大、品质优异、投资小、自降压损、节省空间的特点，可长时间连续可靠稳定地工作在设定范围，同时拥有无损失电子排水阀等特点，是厂用压缩空气优选解决方案，专为苛刻的工况设计制造，具体技术参数见表2。

表2 GA-90 空压机基本参数

空压机配置的Elektronikon 触摸屏控制器兼具友好的使用界面，彩色显示高清图文并有服务指示灯实时指示运行状态，该控制器提供简易互联网连接，可实现压缩机状态的可视化。还拥有断电后自动重新启动功能，内置SMARTLINK 在线监控，双压力点设定，4 周计划安排可连续10 周有序运转，屏幕显示延迟的二次停机和VSD 节能效果，保养计划可视化，远程控制和连接功能，通过软件升级可以控制6 台压缩机。

该压缩机通过进气滤芯，高效过滤空气杂质，之后与高速滑油混合，经过压缩机的智能可控压缩，高压混合油气进入油气分离器，再经过油气分离器离心分离实现压缩湿空气和滑油的分离，湿空气经过风冷器/水冷却器冷却脱水后进入工厂风罐，而热的滑油经过冷却器的冷却循环进入压缩机进行润滑。

该海上平台使用冷却风扇来冷却出口气体和滑油温度，主控面板经过检查进出口压力及温度参数来调整压缩机的加载和卸载，以实现对用户供气的恒定。压缩机工作原理如图3所示。

图3 GA-90 空压机工作原理

设备上电后，空压机Elektronikon®控制器通过检测各部位压力、温度及故障信号等，确认无任何异常后，按下启动按钮，系统通过3 个西门子品牌接触器K22，K23 和K21 进行Y-△变换切换实现降压启动，以降低对400 V 三相低压电网的冲击，也可保护压缩机不受机械冲击。

压缩机完成Y-△切换启动的同时，冷却风扇也会投入运行，确保压缩空气在输出至用户前实现冷却脱水干燥。风扇在Elektronikon®控制器的控制下可对高湿压缩空气和高温滑油进行冷却。冷却后的滑油重新回到压缩机，冷却后的压缩空气供用户使用。

3 压缩机故障分析及处理措施

平台GA-90 空压机频繁地出现故障，警示维修部门单纯更换配件无法彻底解决问题，必须深挖问题内在的原因，对症下药才能彻底解决这个问题。经过对空压器运行和控制原理的分析和深入梳理，以及对现场空压机电机和冷却风机运行参数测量后，最终查明了该空压机A/B 机的问题所在。

3.1 风机/电机过载报警故障分析

由GA-90 空压机系统运行原理以及电气原理可知，单台空压机运行时，设定一个稳定压力值8.8 bar（0.88 MPa）后，按下控制面板的启动按钮后系统进行压缩机主回路的Y-△切换启动，启动后投入运行冷却风机，之后投入压缩机压缩空气，与此同时风冷器进行干燥脱水和滑油冷却。

单台机运行期间，按设定压力值进行自动加卸载，若系统无较大用气需求时，设备运行稳定无异常，此时的加载压力设定值为8.6 bar（0.86 MPa），卸载压力设定值为9.1 bar（0.91 MPa）。但当系统用气量突然变大后，系统压力低于设定压力8.4 bar（0.84 MPa）后，备用机（加载值8.4 bar（0.84 MPa），卸载值9.3 bar（0.93 MPa））就会自动加载投入运行，两台机（三台机）加载系统压力逐渐上升，当压力加载至9.1 bar（0.91 MPa）后，会优先将主机卸载掉，出现主机已卸载而备机却在继续加载的情况。此时，如果系统压力值继续下降，降低到主机加载设定值8.6 bar（0.86 MPa）时，主机又会被加载运行。主机被再次加载时又会经历Y-△切换过程，此切换过程是历时15～20 s 的降压启动过程，该过程流经热继电器K21 的电流会达到额定电流的1.2 倍，造成短时发热，温度上升，而此时主机回路里的热继电器K21 依然保持前次刚卸载时的温度，这样两次温度叠加，迫使热继电器温度迅速上升而触发热继电器内部双金属片升温而动作，最终将主机退出运行并报“风机/电机过载报警”。

3.2 主接触器触点烧熔故障分析

如果在主机被第二次触发加载时，星型回路的接触器吸合时，接触器内部的主动静触点没有有效接触上，就会在接触点处产生电流拉弧，轻则使动静触点烧熔，重则直接将接触器烧坏而发生故障停机。

3.3 主断路器跳闸及熔断器熔断故障分析

如果Y 接运行期间发生接触器动静触点烧熔故障，此时正好切换为△接启动，就会发生电源侧的三相或两相短路，这个短路故障会在数秒内产生高于额定电流数十倍的短路电流在电路里涌动，会优先波及短路点附近的电路而发生保护动作（保险熔断），同时会使开关间的断路器保护脱扣。

3.4 处理措施

经过与操作部门跟踪调试主备空压机的切换过程，固定了如下加卸载压力值设定情情况，即系统设定稳定值8.9 bar（0.89 MPa），当压力降低到8.9 bar（0.89 MPa）并延时约2 min 后主机先加载运行，此过程会经历一次Y-△切换过程。当压力继续降低低于8.8 bar（0.88 MPa）后会触发备机1 启动加载，此时主备机同时运行，压力逐步恢复，当压力值达到9.2 bar（0.92 MPa）时，先卸载备机1，当压力值继续上升达到9.6 bar（0.96 MPa）时卸载主机；当压力值降低到8.9 bar（0.89 MPa）后会重复上述过程，备机2 做备机1 的后备，运行机理同上。

设定值推荐的加卸载压力如图4 所示。

图4 3 台空压机正常压力设定值

4 处理结果总结

经过对设备运行状态的跟踪分析和现场反复验证，设备运行一个多月再没有出现类似故障，设备电气故障得到根本解决。其间理清了GA-90 型喷油螺杆式空压机的运行原理和单机/联机控制方法，为以后的运行维护提供技术指导。为了使空压机减少运行故障，安全平稳运行，总结现场还需持续改进的工作。

（1）选择更安全可靠的主用接触器。考虑油田现场用气的不确定和工况不稳定性，压缩机会不定期频繁加卸载运行，主接触器在每次的切换运行中必须保持动作可靠，无严重拉弧现象。

（2）加强现场配电柜的通风散热措施。设备启动过程中，从Y 接切换到△接的十几秒内，热继电器会暂时发热，此时需要增加控制柜内通风，保证热继电器在启动过程不动作。

（3）加强各部门间的沟通和协调。设备维保人员和操作人员间的沟通配合对于设备的故障分析和故障排查有事倍功半的效果。

（4）建议固化主备机的加卸载参数组（推荐）。建议3 台机运行模式：正常AB 机互为主备，在波动工况下C 机可做机动热备投入。同时建议主备机固化加卸载压力值，通过Elektronikon?控制器的菜单切换功能定期切换（现场有这个功能）。

（5）建议在中控组态画面中增加空压机的远程设定值和加卸载运行状态（推荐）。组态设备的状态设定和运行曲线可及时跟踪故障点，这对分析设备故障时的运行工况，更快速地作出故障排查很有帮助。

（6）撬块增加防风防腐防护（推荐）。平台安装的GA-90型空压机属于室内型设计，外壳容易受灰尘及海风腐蚀影响，加速外壳的腐蚀，减少设备服役寿命。建议选购不锈钢外壳并做防沙挡风措施。

5 结语

针对海上平台阿特拉斯GA-90 型直喷双螺杆式空压机运行期间先后频繁出现显示屏故障报警、电控回路主接触器烧坏、开关间断路器跳闸以及控制回路保险丝烧坏等电气故障。

通过设备资料学习和对设备现场控制柜的深入勘察分析和主备机切换运行的跟踪观察，确认压缩机在电气元器件配置上存在选型和质量问题，而且主备机切换过程中存在加载交叠造成设备频繁吸合而引发故障。采取更换调整元器件和优化主备机加载卸载逻辑等措施彻底根治故障，同时结合平台实际情况提出持续改进建议。