介紹了馬鋼20000 m3/h 制氧機膨脹機跳車事故，從電氣與控制方面闡述分析了事故原因，通過 優化膨脹機控制程序及接線跳車聯鎖，配置UPS 電源及防晃電接觸器等措施，解決了膨脹機跳車故障。
1、概述
馬鞍山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱馬鋼） KDON-20000/20000 型制氧機為杭氧國內首套大型 內壓縮流程空分設備，于2004 年建成投產，因電氣 配電系統及DCS 控制程序設計缺陷，設備運行不穩 定，特別是膨脹機跳車事故時有發生。2013 年因膨 脹機油泵故障全年發生6 次跳車，2016 年10 月19 日 13:30，2 萬制氧機分子篩2#電加熱器加熱管爆裂，產 生拉弧，導致低壓Ⅱ段2#電加熱器B、C 組框架式斷 路器跳閘，同時2#10 kV 所變綜保過電流動作保護 跳閘，Ⅰ段與Ⅱ段低壓母聯瞬間自動合閘，2 萬制氧 機低壓配電系統改為單線供電模式（由Ⅰ段供電）。隨后檢查2#所變絕緣正常，為保證二萬低壓配電系 統供電安全，決定進行倒閘操作，將單線供電恢復 到安全可靠的雙回路供電，15:25 分投入2#所變，隨 后膨脹機跳車、空壓機、增壓機卸載，氧氣、氮氣退 網，空分系統運行紊亂。
2、原因分析
為保證2 萬低壓配電系統供電安全，2 萬制氧機 低壓配電系統設計由三路供電，其中低壓Ⅰ段與Ⅱ 段經2#110 kV 主變（110 kV 變壓10 kV）分別送往2 萬制氧機1#、2#（10 kV 變壓400 V，242#）所變供應， 低壓Ⅲ段由2 萬制氧機水泵房配電所（2 萬低壓后備 保安電源243#）供應，Ⅰ段與Ⅱ段、Ⅱ段與Ⅲ段均設 置母聯。
原2 萬膨脹機油泵電源，由Ⅰ段和Ⅱ段電源提 供，為保證膨脹機油泵供電的穩定性，于2015 年10 月2 萬制氧機組改造性大修期間改造，采用ABB OTM-C-D 系列PC 級雙電源自動轉換開關，一路電 源來自Ⅰ段3DP-2 低壓配電柜，另一路電源來自Ⅲ 段19DP-4 低壓配電柜，保障膨脹機油泵主回路及 控制回路供電穩定，經圖紙與實際接線對比分析， 雙電源切換模塊的工作電源位于Ⅲ段。
正常運行時，Ⅲ段進線斷路器斷開，Ⅲ段通過 母聯由Ⅱ段供電，膨脹機油泵主回路及控制回路電 源經雙電源切換模塊由Ⅰ段供電，如Ⅰ段斷電，雙 電源切換模塊會自動切換到Ⅲ段，當Ⅰ段與Ⅱ段進 線斷路器同時跳閘，Ⅲ段與Ⅱ段母聯斷開，Ⅲ段進 線斷路器才能合閘由二萬制氧機水泵243#配電所 供電。
2016 年10 月19 日13:30 2 萬制氧機分子篩2# 電加熱器電流過大、加熱管爆裂，產生拉弧，導致低 壓Ⅱ段2#電加熱器B、C 組框架式斷路器跳閘，同時 2#所變過電流動作保護跳閘，Ⅰ段與Ⅱ段母聯瞬間 合上，2 萬機組低壓配電系統瞬間變為單回路Ⅰ段 供電，膨脹機油泵運行正常，但Ⅰ段附屬設備比較 重要，包括直流屏、空壓機勵磁系統、DCS 控制系統 UPS 電源、液氬、液氧泵、壓縮機油泵等電源，考慮單 回路Ⅰ段供電，安全隱患較大，如1#所變跳閘，2 萬 空分系統將全面停車，為保障供電可靠性，保證2 萬 低壓供電安全，決定將單線供電恢復到安全可靠的 雙回路供電。15:25 分投入2#所變，低壓Ⅱ段電壓繼 電器自動分閘Ⅰ段與Ⅱ段低壓母聯，低壓母聯斷路 器輔助觸點閉合，隨后Ⅱ段低壓斷路器欠壓線圈首 先吸合，欠壓機構復位后，才能延時2 s 合閘Ⅱ段低 壓斷路器。
此操作過程中，導致Ⅱ段約2 s 處于失電狀態， 由于Ⅲ段通過母聯取Ⅱ段電源，同時也造成Ⅲ段失 電約2 s，導致雙電源切換模塊失電，膨脹機油泵斷 電，接觸器輔助觸點發出低電壓停車信號到DCS，同 時膨脹機就地控制柜中檢測油泵主回路的低電壓 繼電器切斷膨脹機快切閥電磁閥電源，膨脹機跳 車，造成氮壓機跳車，空壓機、增壓機卸載。2 萬制氧機組配電系統簡圖見圖1。
3、解決方案與優化措施
3.1 優化控制程序
解除DCS 膨脹機油泵低電壓跳車聯鎖信號。針對2016 年10 月19 日、11 月21 日17:07 兩次因油 泵供電問題導致膨脹機跳車事故，查詢報警信號 ES485、分析控制程序及圖紙，提出解除2 萬膨脹機 低電壓聯鎖跳車信號，即解除膨脹機油泵接觸器常 開輔助觸點信號送入DCS 作為膨脹機跳車程序中 油泵低電壓聯鎖信號。膨脹機油泵正常運行時，油 泵接觸器主觸點閉合，同時常開輔助觸點閉合，發 出信號送入DCS 控制系統，作為膨脹機油泵低電壓 聯鎖跳車信號，如油泵供電電壓短暫欠壓或失壓、 倒電操作等都能導致膨脹機跳車。
3.2 解除膨脹機硬接線跳車
圖2 膨脹機停車聯鎖條件
解除膨脹機低電壓硬接線跳車。膨脹機就地 控制柜中低電壓繼電器檢測油泵主回路電壓，當電 壓低于0.85 倍工作電壓時，低電壓繼電器常開輔助 觸點斷開，關閉膨脹機快切閥電磁閥電源，膨脹機 跳車，同時DCS 畫面報警，油儲能器開啟持續潤滑。此硬接線跳車控制，如電網波動、倒電操作造成油 泵主回路短暫欠壓或失電都可導致膨脹機誤跳車， 此外膨脹機存在潤滑油油壓跳車聯鎖信號，可替代低電壓硬接線跳車保護，且即使油泵失電，油儲能 器儲油能保證油壓維持約4~5 s 潤滑，保護軸瓦等 機械結構。經公司專業技術人員討論于12 月20 日 2 萬制氧機停車期間，解除低電壓繼電器常開輔助 觸點硬接線跳車，保留報警信號，同時DCS 控制程 序中取此報警信號作為油儲能器動作信號，后續機 組運行穩定。
圖3 解除油泵低電壓繼電器硬接線跳車聯鎖
3.3 升級接觸器、增設UPS 電源
分析上述10 月19 日倒電操作過程，致使膨脹 機油泵失電約2 s，導致膨脹機跳車，考慮膨脹機油 泵供電穩定性，避免電網波動、倒電操作等事件造 成類似故障的再次發生，保障機組的穩定運行，使 用新型防晃電接觸器替換原油泵回路普通接觸器， 防晃電時間設定3 s，鑒于膨脹機油泵控制回路電 源穩定的重要性，控制回路由新增加UPS 電源供 電，替換原雙電源切換裝置供電，斷電后能維持15 min 供電。
圖4 膨脹機油泵控制回路增設UPS 電源
4、總結
通過優化膨脹機控制程序及接線跳車聯鎖，配 置UPS 電源及防晃電接觸器，自2016 年12 月投運至 今，膨脹機及油泵運行穩定，無跳車事故，2 萬空分 機組因膨脹機油泵故障卸載、跳車次數為零，機組 運行故障率大幅度降低，保證了制氧機組穩定經濟 運行。
