徐春霞，王曉兵，楊立平，王相軍，葛躍田

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程系，新疆獨(dú)山子833600；2.新疆獨(dú)山子石化公司，新疆獨(dú)山子833600）

空壓機(jī)停機(jī)事故原因分析及改造對策

徐春霞1，王曉兵2，楊立平2，王相軍2，葛躍田1

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程系，新疆獨(dú)山子833600；2.新疆獨(dú)山子石化公司，新疆獨(dú)山子833600）

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)例解決了由于空壓機(jī)的油泵電動機(jī)控制電路中電氣元件選用及電纜安裝時忽略電磁兼容性的概念，造成空壓機(jī)停機(jī)事故發(fā)生的問題。首先介紹了空壓機(jī)的工作概況，其次通過故障現(xiàn)象的觀察以及相應(yīng)的檢查測試，分析給出了明確的故障原因，最后綜合考慮各種因素提出了合理的整改方案。改造完成后，空壓機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)要求。

電磁兼容性；空壓機(jī)；電子式時間繼電器；感應(yīng)電壓 ；屏蔽電纜

工業(yè)生產(chǎn)過程中各類工業(yè)設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾環(huán)境使得一些控制裝置及元件處于嚴(yán)酷的電磁環(huán)境中。為了保證裝置及系統(tǒng)的正常工作，在電氣線路設(shè)計與安裝時，電磁兼容性（EMC）的問題也就自然成為考慮的重點(diǎn)。電磁兼容性是指電子設(shè)備的一種功能，即電子設(shè)備在電磁環(huán)境中能完成其功能而不產(chǎn)生不能容忍的干擾［1-2］。

某乙烯廠空分空壓車間的空壓機(jī)為化工原料生產(chǎn)加工提供分離狀態(tài)的液氮和液氫，是該車間的核心設(shè)備。該空壓機(jī)有2臺輔助油泵電動機(jī)，油泵電動機(jī)是空壓機(jī)的潤滑設(shè)備，在空壓機(jī)工作時為其輸送潤滑油，油泵電動機(jī)的異常動作直接引起空壓機(jī)停機(jī)事故。

本文闡述內(nèi)容是由于空壓機(jī)的油泵電動機(jī)控制電路中電氣元件及控制電纜選用和安裝敷設(shè)時的缺陷，造成油泵電動機(jī)非正常停機(jī)，引起空壓機(jī)跳閘事故發(fā)生。文章首先分析了空壓機(jī)的現(xiàn)場工作概況，其次描述了故障檢查及測試情況，給出了明確的故障原因，最后提出了整改方案。

1 現(xiàn)場概況

該廠空壓機(jī)的油泵電動機(jī)為A，B2臺，一開一備（A開B備），各電動機(jī)機(jī)組均帶抗電網(wǎng)波動自啟動功能和油壓低自動切換運(yùn)行功能，以及油泵停機(jī)和油壓低停機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)功能。如圖1所示為空壓機(jī)工作系統(tǒng)簡圖，空壓機(jī)工作室1間，配電室2間，6kV高壓配電柜和380 V低壓配電柜分別處于兩間房中。高、低壓配電柜之間電路的控制電纜，通過室內(nèi)地下電纜溝相連。配電室的作用是給現(xiàn)場空壓機(jī)和A，B油泵電動機(jī)分別提供6kV與380 V的電源電壓。

圖1 空壓機(jī)工作系統(tǒng)簡圖Fig.1 Air compressor working system schematic

2 故障檢查及測試

2.1 故障檢查

某廠工藝報告正常運(yùn)行的空壓機(jī)突然故障跳閘，配電室顯示空壓機(jī)6kV配電柜中ABB的150C高壓柜綜合保護(hù)器動作，跳閘指示燈亮，K86故障繼電器的指示電路燈亮，同時電氣控制系統(tǒng)（ECS，electrical control system）監(jiān)控顯示A油泵電動機(jī)故障和空壓機(jī)斷路器跳閘。

電氣人員對空壓機(jī)進(jìn)行一次設(shè)備檢查：1）空壓機(jī)及油泵電動機(jī)本體外觀正常；2）與空壓機(jī)及油泵電動機(jī)相連的連接線無破損、放電現(xiàn)象；3）機(jī)體無非正常發(fā)熱情況及異味。二次設(shè)備檢查：1）高、低壓配電柜內(nèi)元器件完好，空壓機(jī)及油泵電動機(jī)的控制電纜、聯(lián)鎖電纜連接完好，無破損及放電現(xiàn)象；2）低壓配電柜中油泵控制電路參數(shù)；勵磁柜運(yùn)行參數(shù)正常，無報警信號；3）高壓配電柜內(nèi)控制油泵電動機(jī)的信號燈持續(xù)閃爍，電子式時間繼電器KΤ4線圈間斷吸合與釋放，用萬用表測量繼電器A1，A2線圈端子，線圈上約有90 V的交流電壓，檢查該元件安裝配線情況，發(fā)現(xiàn)線圈電壓控制電纜來自低壓柜的220 V直流電并與空壓機(jī)6kV電源電纜共一個電纜溝敷設(shè)。

2.2 測試

分析電路的工作原理得知電子式時間繼電器KΤ4正常工作狀態(tài)下，線圈應(yīng)該不得電。只有油泵電動機(jī)故障時，線圈才能得電吸合，使得ABB的150C高壓柜綜合保護(hù)器動作。根據(jù)故障檢查情況做了以下測試。

2.2.1 電氣元件檢測

1）元件功能檢測。拆除KΤ4，做功能測試試驗(yàn)，采用升壓器測試其吸合電壓，發(fā)現(xiàn)在工作電壓24～240 V范圍內(nèi)時能夠正常吸合，整定值也符合時間整定范圍要求，表示元件完好。

2）電磁干擾測試。使電氣元件處于6kV電磁場中，進(jìn)行交、直流工作回路測試試驗(yàn)，該繼電器線圈在交流電壓12V吸合，直流電壓13V吸合。

2.2.2 電氣控制線路測試

1）試驗(yàn)1：停掉空壓機(jī)6kV電源，用萬用表測試KΤ4線圈的控制電纜，測試結(jié)果為該電纜線上約有交流電壓36 V。36 V電壓已經(jīng)能夠滿足所使用KΤ4線圈的工作電壓范圍。但是此測量值與其線圈上約有90 V電壓仍有一定差距。

2）試驗(yàn)2：提供空壓機(jī)6kV電源，再用萬用表測試KΤ4線圈的控制電纜，測試結(jié)果為該電纜線上的交流電壓約在89～91 V之間。與此前故障時在繼電器A1，A2線圈端子測得電壓值范圍吻合由此確定故障點(diǎn)如圖2所示。

圖2 故障點(diǎn)示意圖Fig.2 Schematic diagram of fault point

3 故障原因分析

電磁兼容性包含抗干擾性與干擾性雙重含義，它取決于電氣設(shè)備的兩個因素：噪聲發(fā)射和抗擾度，一般噪聲都是通過各種導(dǎo)線、空間或大地傳遞。電子線路中的各種噪聲以靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、公共阻抗耦合和漏電流耦合的形式表現(xiàn)［1］。

感應(yīng)電壓依據(jù)電磁感應(yīng)定律產(chǎn)生，屬于電磁感應(yīng)噪聲。工程實(shí)例上的感應(yīng)電壓一般指非正常帶電體存在的一種電壓，其存在的方式有以下幾種：1）潮濕或絕緣性能不良的電纜、導(dǎo)線外皮2）處于鄰近帶電線路的電纜或?qū)Ь€工作磁場中而本身停電的電子、電氣設(shè)備；3）帶電體附近的金屬導(dǎo)體等。故障現(xiàn)象中測試出的交流電壓90 V就是受到電磁干擾而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。

3.1 電氣元件選型

電子式時間繼電器又稱半導(dǎo)體時間繼電器結(jié)構(gòu)由晶體管或集成線路和電子元件等組成該類電氣元件優(yōu)點(diǎn)是延時精度高、調(diào)節(jié)方便等缺點(diǎn)是易受外界電磁噪聲干擾影響。從測試現(xiàn)象分析KΤ4誤動作原因其一是元件處于6kV電源電磁場中，受到了電源電壓波動等低頻信號干擾，其二是空壓機(jī)6kV電源磁場對控制電纜的感應(yīng)電壓與控制電纜上本身殘留的感應(yīng)電壓共同作用結(jié)果，這些干擾主要是通過導(dǎo)線傳導(dǎo)和空間傳遞的感應(yīng)方式獲得［2］。

3.2 布線工藝與電纜選型

電控設(shè)備安裝時抗干擾配線原則中把配線分為4類：第1類為高壓動力線；第2類為低壓動力線；第3類為多噪音控制線；第4類為弱電信號控制線［3］?，F(xiàn)場情況屬于將第1類線和第3類線合用。而原則規(guī)定不同線區(qū)電纜或引線不能共用一根電纜，也不能把不同線區(qū)的引出線緊靠排列，并且在控制電纜的選擇時，長度超過10 m時，應(yīng)選用屏蔽電纜。

4 整改方案

針對故障原因，結(jié)合油泵電動機(jī)安裝接線、參數(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)因素等，采取以下應(yīng)對措施［4］。

1）更換高壓配電柜中的電子式時間繼電器。分析電氣控制原理，需要時間繼電器的延時時間達(dá)到10～12 s即可?？紤]電磁噪聲干擾的影響，將其更換為空氣阻尼式時間繼電器。該繼電器結(jié)構(gòu)主要由電磁部分和完成延時作用的機(jī)械部分組成，由其工作原理決定其抗干擾性遠(yuǎn)強(qiáng)于電子式時間繼電器，如表1所示。

表1 電氣元件替換表Tab.1 Electrical component replacement

該系列空氣阻尼式繼電器采用導(dǎo)軌式安裝，適用于交流50Hz或60Hz電壓至660 V控制電路的延時控制，具有精度高、體積小、重量輕、安裝方便等特點(diǎn)。并且提高繼電器線圈工作電壓，可以降低感應(yīng)電壓的影響，極大地減少繼電器線圈由于感應(yīng)電壓而誤動作。

2）采用電纜溝分層走線模式的電纜布設(shè)，其排線原則為屏蔽控制線居上，動力線居下，兩層間間距200～250mm，并且控制線與蓋板間距200～250mm，下層動力線與電纜溝底間距100～250mm，如圖3所示［5］。

3）替換控制電纜。替換的電纜工作環(huán)境為乙烯廠配電室內(nèi)，與動力線路共溝敷設(shè)，傳輸距離約為40m，還要能承受一定的機(jī)械外力，再結(jié)合本地區(qū)氣候因素（本地區(qū)屬于新疆天山北麓，干旱少雨），所選的替換電纜如表2所示［6］。

圖3 電纜布設(shè)Fig.3 Layout of cable

表2 控制電纜替換表Tab.2 Control cable replacement

5 結(jié)論

2013年5月18日，電氣維護(hù)人員按照整改方案要求改造完畢，再次測試原先故障點(diǎn)處感應(yīng)電壓值約為2 V。正常開機(jī)運(yùn)行后，歷時半年多，再未發(fā)生油泵自停導(dǎo)致空壓機(jī)停機(jī)事故的發(fā)生。由此可知電氣線路設(shè)計安裝時電磁兼容性的問題必須得到重視，在元件能夠滿足工作精度的前提下，避免使用敏感的電子式元件，還有合理電纜布設(shè)及加裝屏蔽電纜，都可以避免電磁環(huán)境中感應(yīng)電壓的干擾，從根本上解決其對運(yùn)行設(shè)備的影響，減輕運(yùn)行維護(hù)壓力，針對本次事故原因分析及處理對策，希望對于電磁兼容性問題造成設(shè)備事故的停機(jī)起到借鑒作用。

［1］錢照明，陳恒林.電力電子裝置電磁兼容研究最新進(jìn)展［J］.電工技術(shù)學(xué)報，2007，22（7）：1-11.

［2］陳煒峰，劉偉蓮，周香.電磁兼容及其測試技術(shù)［J］.電子測量技術(shù)，2008，31（1）：101-104.

［3］天津電氣傳動設(shè)計研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊［M］.第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［4］GB/T3797—2005電氣控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［5］中國計劃出版社.新編電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［M］.北京：中國計劃出版社，2007.

［6］李宗延，王佩龍，趙廣庭，等.電力電纜施工手冊［M］.北京：中國電力出版社，2002.

Air Compressor Shutdown Accident Analysis and Countermeasures

XU Chun-xia1，WANG Xiao-bing2，YANG Li-ping2，WANG Xiang-jun2，GE Yue-tian1
（1.Electronic&Electrical Engineering Dept，Karamay Vocational&Technical College，Dushanzi 833600，Xinjiang，China；2.Dushanzi Petrochemical Corp of Xinjiang，Dushanzi 833600，Xinjiang，China）

Combined with the practical examples solved that，due to oil pump motor of compressor control ignore problems of electromagnetic compatibility of electrical components selection and cable installation circuit，causes the air compressor shutdown accident problem.Firstly introduced the working of air compressor，then through observation of fault phenomenon and the corresponding examination test，analyaed the fault reason clear，finally considering various factors of the improvement is put forward reasonable.After the completion of the transformation，the air compressor operating stability，meet the requirement of production.

electromagnetic compatibility（EMC）；air compressor；electronical time relay；induced voltage；shielded cable

TM506

A

2014-01-02

修改稿日期：2014-08-25

徐春霞（1975-），女，工學(xué)碩士，副教授，Email：xcxgyt@sohu.com