李 瀚，胡 斌，彭繼敏，苗 棟，龍華超

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524000）

0 引言

北部灣某海上平臺兩臺阿特拉斯GA-90 型直噴雙螺桿式空壓機互為備用，于2020 年4 月安裝于平臺17 m 甲板船頭右舷（風口），現(xiàn)場無遮擋。空壓機在近兩年的運行期間故障不斷，先后出現(xiàn)顯示屏故障報警、電控回路主接觸器燒壞、開關間斷路器跳閘以及控制回路保險絲燒壞等電氣故障事件累計達17次之多，空壓機運行不穩(wěn)定影響平臺的生產(chǎn)供氣，故障頻率高發(fā)使平臺維修部門維護壓力極大。

1 GA-90 空壓機運行故障

該海上平臺17 m 甲板面有3 臺空壓機，兩臺GA-90 型，一臺GA-55 型，在近兩年的運行時間里，因主回路接觸器吸合、運行工況改動頻繁等原因引發(fā)接觸器燒壞、主斷路器跳閘、控制回路保險絲燒壞等事件數(shù)十次，相關維修記錄見表1。

表1 空壓機運行故障及維修記錄

1.1 主接觸器燒熔

該空壓機采用固頻低壓Y-△切換啟動運行。Y-△切換接觸器采用西門子3RT5054-1～6 接觸器，額定功率55 kW，額定電壓400 V。經(jīng)核算，該型號接觸器容量可以滿足空壓機啟動運行。但在過去的兩年里，兩臺GA-90 空壓機現(xiàn)場控制柜的Y-△切換主接觸器多次發(fā)生主觸點燒熔、短路冒煙等事故（圖1），之前的處理方法是直接更換新的同型號接觸器，但問題依舊存在。

圖1 燒熔的接觸器主觸點

1.2 主斷路器跳閘

原開關間配套主斷路器型號為西門子VL250L 斷路器，額定電壓400 V，額定電流250 A，該斷路器帶熱繼功能，范圍200～250 A，正常運行時調整刻度值為220 A。

空壓機偶爾會出現(xiàn)主斷路器跳閘情況，分析是空壓機運行中出現(xiàn)接觸器主觸點燒熔造成切換不成功而產(chǎn)生了相間短路，短路電流觸發(fā)主斷路器短路脫扣。對此也曾更換了新的主斷路器（圖2），但跳閘故障仍反復出現(xiàn)。

圖2 更換的250A 主斷路器

1.3 控制回路熔斷器燒毀

在Y-△接觸器切換期間如果遇到觸點燒熔而發(fā)生相間短路，會產(chǎn)生瞬間尖峰電流，該尖峰電流經(jīng)過控制變壓器最終使控制回路斷路器發(fā)生熔斷。

2 空壓機運行原理分析

該海上平臺安裝的兩臺空壓機是阿特拉斯品牌GA 系列GA-90 型噴油型雙螺桿式空氣壓縮機，具有運行可靠、產(chǎn)氣量大、品質優(yōu)異、投資小、自降壓損、節(jié)省空間的特點，可長時間連續(xù)可靠穩(wěn)定地工作在設定范圍，同時擁有無損失電子排水閥等特點，是廠用壓縮空氣優(yōu)選解決方案，專為苛刻的工況設計制造，具體技術參數(shù)見表2。

表2 GA-90 空壓機基本參數(shù)

空壓機配置的Elektronikon 觸摸屏控制器兼具友好的使用界面，彩色顯示高清圖文并有服務指示燈實時指示運行狀態(tài)，該控制器提供簡易互聯(lián)網(wǎng)連接，可實現(xiàn)壓縮機狀態(tài)的可視化。還擁有斷電后自動重新啟動功能，內置SMARTLINK 在線監(jiān)控，雙壓力點設定，4 周計劃安排可連續(xù)10 周有序運轉，屏幕顯示延遲的二次停機和VSD 節(jié)能效果，保養(yǎng)計劃可視化，遠程控制和連接功能，通過軟件升級可以控制6 臺壓縮機。

該壓縮機通過進氣濾芯，高效過濾空氣雜質，之后與高速滑油混合，經(jīng)過壓縮機的智能可控壓縮，高壓混合油氣進入油氣分離器，再經(jīng)過油氣分離器離心分離實現(xiàn)壓縮濕空氣和滑油的分離，濕空氣經(jīng)過風冷器/水冷卻器冷卻脫水后進入工廠風罐，而熱的滑油經(jīng)過冷卻器的冷卻循環(huán)進入壓縮機進行潤滑。

該海上平臺使用冷卻風扇來冷卻出口氣體和滑油溫度，主控面板經(jīng)過檢查進出口壓力及溫度參數(shù)來調整壓縮機的加載和卸載，以實現(xiàn)對用戶供氣的恒定。壓縮機工作原理如圖3所示。

圖3 GA-90 空壓機工作原理

設備上電后，空壓機Elektronikon?控制器通過檢測各部位壓力、溫度及故障信號等，確認無任何異常后，按下啟動按鈕，系統(tǒng)通過3 個西門子品牌接觸器K22，K23 和K21 進行Y-△變換切換實現(xiàn)降壓啟動，以降低對400 V 三相低壓電網(wǎng)的沖擊，也可保護壓縮機不受機械沖擊。

壓縮機完成Y-△切換啟動的同時，冷卻風扇也會投入運行，確保壓縮空氣在輸出至用戶前實現(xiàn)冷卻脫水干燥。風扇在Elektronikon?控制器的控制下可對高濕壓縮空氣和高溫滑油進行冷卻。冷卻后的滑油重新回到壓縮機，冷卻后的壓縮空氣供用戶使用。

3 壓縮機故障分析及處理措施

平臺GA-90 空壓機頻繁地出現(xiàn)故障，警示維修部門單純更換配件無法徹底解決問題，必須深挖問題內在的原因，對癥下藥才能徹底解決這個問題。經(jīng)過對空壓器運行和控制原理的分析和深入梳理，以及對現(xiàn)場空壓機電機和冷卻風機運行參數(shù)測量后，最終查明了該空壓機A/B 機的問題所在。

3.1 風機/電機過載報警故障分析

由GA-90 空壓機系統(tǒng)運行原理以及電氣原理可知，單臺空壓機運行時，設定一個穩(wěn)定壓力值8.8 bar（0.88 MPa）后，按下控制面板的啟動按鈕后系統(tǒng)進行壓縮機主回路的Y-△切換啟動，啟動后投入運行冷卻風機，之后投入壓縮機壓縮空氣，與此同時風冷器進行干燥脫水和滑油冷卻。

單臺機運行期間，按設定壓力值進行自動加卸載，若系統(tǒng)無較大用氣需求時，設備運行穩(wěn)定無異常，此時的加載壓力設定值為8.6 bar（0.86 MPa），卸載壓力設定值為9.1 bar（0.91 MPa）。但當系統(tǒng)用氣量突然變大后，系統(tǒng)壓力低于設定壓力8.4 bar（0.84 MPa）后，備用機（加載值8.4 bar（0.84 MPa），卸載值9.3 bar（0.93 MPa））就會自動加載投入運行，兩臺機（三臺機）加載系統(tǒng)壓力逐漸上升，當壓力加載至9.1 bar（0.91 MPa）后，會優(yōu)先將主機卸載掉，出現(xiàn)主機已卸載而備機卻在繼續(xù)加載的情況。此時，如果系統(tǒng)壓力值繼續(xù)下降，降低到主機加載設定值8.6 bar（0.86 MPa）時，主機又會被加載運行。主機被再次加載時又會經(jīng)歷Y-△切換過程，此切換過程是歷時15～20 s 的降壓啟動過程，該過程流經(jīng)熱繼電器K21 的電流會達到額定電流的1.2 倍，造成短時發(fā)熱，溫度上升，而此時主機回路里的熱繼電器K21 依然保持前次剛卸載時的溫度，這樣兩次溫度疊加，迫使熱繼電器溫度迅速上升而觸發(fā)熱繼電器內部雙金屬片升溫而動作，最終將主機退出運行并報“風機/電機過載報警”。

3.2 主接觸器觸點燒熔故障分析

如果在主機被第二次觸發(fā)加載時，星型回路的接觸器吸合時，接觸器內部的主動靜觸點沒有有效接觸上，就會在接觸點處產(chǎn)生電流拉弧，輕則使動靜觸點燒熔，重則直接將接觸器燒壞而發(fā)生故障停機。

3.3 主斷路器跳閘及熔斷器熔斷故障分析

如果Y 接運行期間發(fā)生接觸器動靜觸點燒熔故障，此時正好切換為△接啟動，就會發(fā)生電源側的三相或兩相短路，這個短路故障會在數(shù)秒內產(chǎn)生高于額定電流數(shù)十倍的短路電流在電路里涌動，會優(yōu)先波及短路點附近的電路而發(fā)生保護動作（保險熔斷），同時會使開關間的斷路器保護脫扣。

3.4 處理措施

經(jīng)過與操作部門跟蹤調試主備空壓機的切換過程，固定了如下加卸載壓力值設定情情況，即系統(tǒng)設定穩(wěn)定值8.9 bar（0.89 MPa），當壓力降低到8.9 bar（0.89 MPa）并延時約2 min 后主機先加載運行，此過程會經(jīng)歷一次Y-△切換過程。當壓力繼續(xù)降低低于8.8 bar（0.88 MPa）后會觸發(fā)備機1 啟動加載，此時主備機同時運行，壓力逐步恢復，當壓力值達到9.2 bar（0.92 MPa）時，先卸載備機1，當壓力值繼續(xù)上升達到9.6 bar（0.96 MPa）時卸載主機；當壓力值降低到8.9 bar（0.89 MPa）后會重復上述過程，備機2 做備機1 的后備，運行機理同上。

設定值推薦的加卸載壓力如圖4 所示。

圖4 3 臺空壓機正常壓力設定值

4 處理結果總結

經(jīng)過對設備運行狀態(tài)的跟蹤分析和現(xiàn)場反復驗證，設備運行一個多月再沒有出現(xiàn)類似故障，設備電氣故障得到根本解決。其間理清了GA-90 型噴油螺桿式空壓機的運行原理和單機/聯(lián)機控制方法，為以后的運行維護提供技術指導。為了使空壓機減少運行故障，安全平穩(wěn)運行，總結現(xiàn)場還需持續(xù)改進的工作。

（1）選擇更安全可靠的主用接觸器。考慮油田現(xiàn)場用氣的不確定和工況不穩(wěn)定性，壓縮機會不定期頻繁加卸載運行，主接觸器在每次的切換運行中必須保持動作可靠，無嚴重拉弧現(xiàn)象。

（2）加強現(xiàn)場配電柜的通風散熱措施。設備啟動過程中，從Y 接切換到△接的十幾秒內，熱繼電器會暫時發(fā)熱，此時需要增加控制柜內通風，保證熱繼電器在啟動過程不動作。

（3）加強各部門間的溝通和協(xié)調。設備維保人員和操作人員間的溝通配合對于設備的故障分析和故障排查有事倍功半的效果。

（4）建議固化主備機的加卸載參數(shù)組（推薦）。建議3 臺機運行模式：正常AB 機互為主備，在波動工況下C 機可做機動熱備投入。同時建議主備機固化加卸載壓力值，通過Elektronikon?控制器的菜單切換功能定期切換（現(xiàn)場有這個功能）。

（5）建議在中控組態(tài)畫面中增加空壓機的遠程設定值和加卸載運行狀態(tài)（推薦）。組態(tài)設備的狀態(tài)設定和運行曲線可及時跟蹤故障點，這對分析設備故障時的運行工況，更快速地作出故障排查很有幫助。

（6）撬塊增加防風防腐防護（推薦）。平臺安裝的GA-90型空壓機屬于室內型設計，外殼容易受灰塵及海風腐蝕影響，加速外殼的腐蝕，減少設備服役壽命。建議選購不銹鋼外殼并做防沙擋風措施。

5 結語

針對海上平臺阿特拉斯GA-90 型直噴雙螺桿式空壓機運行期間先后頻繁出現(xiàn)顯示屏故障報警、電控回路主接觸器燒壞、開關間斷路器跳閘以及控制回路保險絲燒壞等電氣故障。

通過設備資料學習和對設備現(xiàn)場控制柜的深入勘察分析和主備機切換運行的跟蹤觀察，確認壓縮機在電氣元器件配置上存在選型和質量問題，而且主備機切換過程中存在加載交疊造成設備頻繁吸合而引發(fā)故障。采取更換調整元器件和優(yōu)化主備機加載卸載邏輯等措施徹底根治故障，同時結合平臺實際情況提出持續(xù)改進建議。