劉國軍 李啟凡
(中國石化集團(tuán)上海工程有限公司,上海 200120)
本人參加了某石化EPC項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)工作,最近又參與了該項(xiàng)目的調(diào)試、開車工作。該項(xiàng)目擠出機(jī)機(jī)組包的供配電,在EPC方的設(shè)備與供應(yīng)商機(jī)組的配合之間出現(xiàn)了不少問題,供應(yīng)商在某些信號(hào)的功能定義以及命令的動(dòng)作方式上,與常規(guī)的做法有很大差別,在調(diào)試中幾次修改設(shè)計(jì)方案,最后才試車成功。現(xiàn)把存在問題以及如何解決問題的過程整理出來,供同行借鑒。
擠出機(jī)主電機(jī)是該機(jī)組的最大電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)功率為10000 kW,10 kV,3相,50 Hz。采用專用變壓器供電,變壓器為35/10.5 kV,容量為20MVA,短路阻抗Uk = 8%,電動(dòng)機(jī)采用直接啟動(dòng)方式。
該電動(dòng)機(jī)的供配電由EPC的中壓MCC來完成,控制由機(jī)組包所配置的PLC來完成。在EPC的中壓開關(guān)柜與供應(yīng)商的PLC之間存在信號(hào)接口匹配問題。
供應(yīng)商提出其PLC與中壓MCC之間的信號(hào)包括(信號(hào)用硬線連接):
命令:START, NO STOP, ACKNOWLEDGE
狀態(tài)信號(hào):RUN, NO FAULT, READY FOR OPERATION
模擬信號(hào):POWER TRANSMITTER
最初與供應(yīng)商就以上信號(hào)問題進(jìn)行溝通,供應(yīng)商對(duì)特殊信號(hào)的解釋是:“NO STOP”就是“STOP”;“ACKNOWLEDGE”相當(dāng)于“RESET”,故障發(fā)生后,機(jī)組PLC可以自動(dòng)復(fù)位綜保(故障解出);“NO FAULT”就是FAULT 的反狀態(tài)。
由于該控制原理圖沒有ACKNOWLEDGE 控制,供應(yīng)商要求加入該命令,于是對(duì)圖2所示的原理圖作了相應(yīng)的修改。
圖1 主電動(dòng)機(jī)供電系統(tǒng)圖
圖2 主電動(dòng)機(jī)控制原理圖
2.1.1 修改后的擠出機(jī)主電機(jī)的控制原理圖(見圖3云線部分)
2.1.2 擠出機(jī)主電機(jī)ACKNOWLEDGE解決方案
以上修改雖然滿足了供應(yīng)商的控制要求,但存在一定的安全隱患:原來的設(shè)計(jì)理念是如果中壓MCC出現(xiàn)電氣故障,操作員必須消除電氣故障后,在MCC開關(guān)柜上人為按下按鈕SA1后(解除故障),才可以重新啟動(dòng)電動(dòng)機(jī);供應(yīng)商提出的修改方案有可能在操作員還沒有確認(rèn)故障以及解除故障情況下,當(dāng)PLC發(fā)出ACKNOWLEDGE命令自動(dòng)解除故障時(shí)(而實(shí)際電氣故障可能依然存在),能夠重新啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),造成更大的電氣事故和人員傷害。最后與業(yè)主溝通后,未同意上述修改,所以供應(yīng)商PLC的ACKNOWLEDGE 命令不接入EPC的中壓MCC,因此,出現(xiàn)電氣故障后必須經(jīng)人為復(fù)位解除故障后,才能重新啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
對(duì)于MOTOR NO STOP COMMAND信號(hào),現(xiàn)場經(jīng)過與供應(yīng)商的電氣工程師溝通,發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商的控制理念與常規(guī)做法有很大的不同,圖4是常規(guī)電動(dòng)機(jī)回路的分合閘控制的邏輯簡圖,圖2的電動(dòng)機(jī)控制原理圖也和圖4的邏輯圖是相一致的,并且斷路器的合閘和分閘線圈分別受合閘和分閘邏輯控制,兩者并沒有電氣邏輯關(guān)系。
2.2.1 常規(guī)電動(dòng)機(jī)回路的控制邏輯簡圖(見圖4)
2.2.2 機(jī)組供應(yīng)商電動(dòng)機(jī)回路的控制邏輯圖(見圖5)。
2.2.3 對(duì)機(jī)組供應(yīng)商電動(dòng)機(jī)回路啟/停邏輯圖(圖5)分析,匯出電動(dòng)機(jī)回路的時(shí)序圖(見圖6)。
工況一:圖6中電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)序圖,可以得知機(jī)組的PLC在給中壓MCC發(fā)出啟動(dòng)命令的同時(shí),發(fā)出一個(gè)正階躍保持信號(hào)(MOTOR NO STOP COMMAND),并且當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)從中壓MCC送到PLC后(t <15 s),電動(dòng)機(jī)起動(dòng)命令反轉(zhuǎn),從“1”變?yōu)椤?”;MOTRO NO STOP 信號(hào)仍為正階躍保持信號(hào),維持不變。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程結(jié)束。
圖3 主電動(dòng)機(jī)控制原理圖升版
工況二:圖6中電動(dòng)機(jī)非正常啟動(dòng)時(shí)序圖,當(dāng)PLC發(fā)出MOTOR START COMMAND 命令15s 后,并且PLC也沒有收到中壓MCC送出的擠出機(jī)主電機(jī)運(yùn)行反饋信號(hào)“1”,MOTOR START命令反轉(zhuǎn),并且MOTOR NO STOP COMMAND也反轉(zhuǎn),電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程停止,PLC有電動(dòng)機(jī)故障顯示。
圖4 常規(guī)電動(dòng)機(jī)控制邏輯圖
圖5 機(jī)組供應(yīng)商主電動(dòng)機(jī)控制邏輯圖
工況三:圖6中電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)運(yùn)行后正常停機(jī)時(shí)序圖,PLC發(fā)出電動(dòng)機(jī)停機(jī)命令,電動(dòng)機(jī)MOTOR NO STOP 命令反轉(zhuǎn),從“1”變?yōu)椤?”,中壓MCC斷路器跳閘,電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖6 機(jī)組供應(yīng)商主電動(dòng)機(jī)控制時(shí)序圖
綜上所述,中壓MCC在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中,電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止之間有邏輯關(guān)系,所以,中壓MCC與供應(yīng)商的PLC的接口之間信號(hào)存在不匹配問題:對(duì)于這個(gè)問題的解決,我們有兩個(gè)方案:第一,供應(yīng)商修改電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)/停止控制邏輯,在MOTOR NO STOP 的出口加上一個(gè)非門邏輯,變?yōu)镸OTOR STOP COMMAND 到中壓MCC;第二,中壓MCC增加中間繼電器,進(jìn)行信號(hào)變換。事實(shí)是:供應(yīng)商拒絕了第一種方案,所以采取了第二種方案。
2.2.4 擠出機(jī)主電機(jī)控制信號(hào)MOTOR NO STOP 解決方案
擠出機(jī)主電機(jī)控制原理圖修改版(見圖7中云線部分)。
2.2.5 現(xiàn)場調(diào)試的實(shí)際經(jīng)過
最初采用圖2的控制原理圖,但在現(xiàn)場調(diào)試、試車時(shí)出現(xiàn)了問題。在現(xiàn)場,當(dāng)電動(dòng)機(jī)的接線、相關(guān)的試驗(yàn)完畢后,機(jī)組PLC發(fā)出MOTOR START命令到中壓MCC,電動(dòng)機(jī)卻啟動(dòng)不起來!
原因分析:圖2設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)合、分閘回路為獨(dú)立的兩個(gè)電氣回路,也就是說PLC 發(fā)出兩個(gè)獨(dú)立的合、分閘脈沖信號(hào)(MOTOR START 、MOTOR STOP 命令不可同時(shí)發(fā)出),即可實(shí)現(xiàn)斷路器的合、分閘功能,從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止;由圖6電動(dòng)機(jī)回路的正常啟動(dòng)時(shí)序圖可知,供應(yīng)商PLC發(fā)出MOTOR START COMMAND啟動(dòng)命令的同時(shí),會(huì)發(fā)出一個(gè)正階躍保持信號(hào)(MOTOR NO STOP COMMAND), 如果按照供應(yīng)商告訴該命令的功能定義(NO STOP 等于 STOP),那么把NO STOP的信號(hào),接入中壓MCC的 STOP 端子上,這樣在PLC的MOTOR START命令送到中壓MCC的時(shí)候,合閘線圈得電;同時(shí),PLC的MOTOR NO STOP 命令也送到中壓MCC,并且該命令是一個(gè)正階節(jié)躍保持信號(hào),分閘線圈也同時(shí)得到220V DC的電壓,這樣中壓MCC得到一個(gè)既合閘又分閘的命令,由于這兩個(gè)回路有電氣和機(jī)械聯(lián)鎖,就發(fā)生了斷路器不動(dòng)作的現(xiàn)象。
按照?qǐng)D7的電動(dòng)機(jī)控制原理圖修改了接線后,檢查完畢,通電,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng),約2S后,斷路器分閘,電動(dòng)機(jī)沒有完全啟動(dòng)起來。
原因分析:以上現(xiàn)象說明中壓MCC的控制回路沒有問題,控制回路增加了中間繼電器KA,其常閉節(jié)點(diǎn)接到分閘線圈回路。當(dāng)PLC發(fā)出MOTOR START COMMAND 啟動(dòng)命令到中壓MCC后,斷路器合閘,電動(dòng)機(jī)起動(dòng);同時(shí),PLC發(fā)出MOTOR NO STOP COMMAND 命令到中壓MCC,由于該命令為“1”(正階躍保持信號(hào)),PLC的繼電器節(jié)點(diǎn)閉合,中間繼電器KA的線圈帶電,分閘回路的KA常閉節(jié)點(diǎn)動(dòng)作,由常閉變?yōu)槌i_(NC/NO),因此,分閘線圈不會(huì)帶電,斷路器也不會(huì)跳閘,改動(dòng)后的電動(dòng)機(jī)控制原理圖和供應(yīng)商的電動(dòng)機(jī)控制邏輯圖是相一致的。
圖7 擠出機(jī)主電機(jī)控制原理圖修改版
實(shí)際上斷路器的跳閘是另有原因的,我們察看了中壓進(jìn)線柜的綜保,發(fā)現(xiàn)綜保報(bào)電流速斷故障,經(jīng)過分析是定值設(shè)置問題,定值調(diào)整后,再次通電試車,并成功啟動(dòng)。
2.2.6 問題討論
對(duì)于解決擠出機(jī)主電機(jī)控制信號(hào)MOTOR NO STOP 問題,前文曾提出兩種方案,對(duì)于方案一,修改供應(yīng)商的電動(dòng)機(jī)控制邏輯:從機(jī)組供應(yīng)商的主電動(dòng)機(jī)的啟/停邏輯圖(圖5)可以看出,在發(fā)往中壓MCC的MOTOR NO STOP COMMAND 前加一個(gè)非門邏輯,變MOTOR NO STOP 為MOTOR STOP,然后接入中壓MCC,這就和中壓MCC的邏輯相匹配。這樣做法比較容易修改,并且也是常規(guī)的做法,供應(yīng)商為什么拒絕修改電動(dòng)機(jī)的控制邏輯?
圖7的電動(dòng)機(jī)控制原理(供應(yīng)商不修改邏輯,EPC 修改電動(dòng)機(jī)控制原理圖):PLC發(fā)往中壓MCC的MOTOR NO STOP COMMAND命令的正常狀態(tài)為“1”,動(dòng)作為“0”,對(duì)于電氣中壓MCC的電動(dòng)機(jī)控制原理圖來說,PLC的繼電器節(jié)點(diǎn)閉合,電機(jī)控制回路中的中間繼電器KA線圈兩端正常情況是帶電的,當(dāng)動(dòng)作時(shí)(PLC要停機(jī),發(fā)MOTOR STOP命令到中壓MCC),PLC的繼電器節(jié)點(diǎn)打開,KA線圈兩端失電,KA繼電器節(jié)點(diǎn)從常開變?yōu)槌i]狀態(tài),從而使斷路器跳閘;而按照方案一,修改邏輯變?yōu)槌R?guī)做法(供應(yīng)商修改邏輯,EPC 不修改電動(dòng)機(jī)控制原理圖),其電動(dòng)機(jī)控制原理是:PLC發(fā)往中壓MCC的停機(jī)命令為 MOTOR STOP COMMAND,正常情況為“0”,動(dòng)作為“1”,對(duì)于電氣中壓MCC來說(見圖2),正常情況來自PLC的繼電器節(jié)點(diǎn)是打開的,當(dāng)動(dòng)作時(shí),來自PLC的繼電器節(jié)點(diǎn)閉合,斷路器的跳閘線圈帶電,從而使斷路器跳閘。這兩種做法區(qū)別在于:前者當(dāng)控制電源掉電或者控制回路斷線,斷路器都會(huì)跳閘;避免了圖2中控制回路斷線時(shí),PLC發(fā)出的停車命令不能執(zhí)行的現(xiàn)象發(fā)生。這樣從安全角度講,前者的做法會(huì)更合理一些。
從緊急停車和涉及人身安全的角度考慮,供應(yīng)商的做法是可取的;但對(duì)機(jī)組已經(jīng)裝設(shè)了安全停車系統(tǒng),正常停車也采用這種做法,會(huì)由于控制電源斷線等原因造成緊急停車,這樣將破壞生產(chǎn)的連續(xù)性,而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,從正常停車的角度上考慮,這樣的做法值得商榷。
通過本案例,在EPC項(xiàng)目中,特別是機(jī)組包設(shè)備比較多的石化項(xiàng)目,供應(yīng)商也比較多,在EPC和各個(gè)機(jī)組包之間的接口銜接要弄清楚,要多與供應(yīng)商溝通,要請(qǐng)供應(yīng)商確認(rèn)特別是與常規(guī)做法不同的地方。在設(shè)計(jì)階段就要搞清楚在PLC、DCS以及中、低壓MCC之間的每個(gè)信號(hào)的具體功能,信號(hào)的類型是脈沖還是階躍信號(hào),信號(hào)動(dòng)作是高電平還是低電平(“0”還是“1”),并且電氣在實(shí)際中能否實(shí)現(xiàn)以及如何實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商的特殊控制要求,滿足EPC與各個(gè)供應(yīng)商接口的無縫連接,高質(zhì)量完成工程建設(shè)工作,否則在施工階段會(huì)產(chǎn)生許多問題,需要大量的修改工作,對(duì)EPC項(xiàng)目順利完工造成影響!