機組控制系統電源模塊故障原因分析及對策

楊亮，楊松，趙權

(中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100)

在一些工業設備的輸配電控制系統中,由于一些原因使供配電系統單相接地、相間電壓過高,導致控制設備和系統中的電源模塊發生損壞,控制設備和系統無法正常工作和運行,造成控制設備非正常停機,裝置停產,還可能因電壓過高造成系統備件和原料的浪費,產生嚴重的經濟損失。針對上述問題，提出TRICON控制系統的供電控制方式的改造方案。

1 存在的問題

壓縮機作為化工裝置的核心動設備之一，要求長周期、可靠運行，不能出現非計劃性停機。某公司壓縮機控制采用TRICON控制系統，將多個分立儀表單元，如防喘調節器、聯鎖自保系統、電子調速器、負荷調節器等功能集成在一套可靠性較高的三重冗余容錯控制系統(TMR)中完成，但是由于該控制系統的電源模塊供電電壓過高，超過內部電路壓敏電阻電壓設定值，使電源模塊輸入端電源短路，引起供電電源空氣開關跳閘、系統失電，造成該系統無法正常運行，導致設備非正常停機，生產中斷。

2 控制系統供電原理

該控制系統控制器機箱都裝有雙冗余配置的電源模塊。每個通信通道有獨立的電源調節器，能夠滿足機箱中的所有模塊功率要求。機箱底板上設置了單獨的電源軌進行饋電。

該控制系統電源模塊主要由防電涌電路、輸入濾波電路、整流濾波電路三部分組成。通過該模塊將交流220 V轉換為直流6.5 V后通過機箱底板給各卡件供電。電源模塊電路如圖1所示。

圖1 電源模塊部分電路示意

圖1中，RMOV1，RMOV2，RMOV3為壓敏電阻，主要為防止電涌沖擊，RMOV1是針對輸入端L相單相對地電壓超壓保護，RMOV2是針對輸入端N相單相對地電壓超壓保護，RMOV3是針對輸入端L相和N相相間電壓保護。

壓敏電阻的作用是電路中若出現電壓過高異常現象，保護其電路免受損害。當壓敏電阻兩端的電壓小于其設定值時，通過壓敏電阻的電流非常小，壓敏電阻所處的回路相當于開路，此時L相通過RMOV1對地回路相當于開路，N相通過RMOV2對地回路相當于開路，L相通過RMOV3和N相之間相當于開路。壓敏電阻兩端的電壓高于其設定值時，通過它的電流非常大，壓敏電阻損壞擊穿，其所處的回路相當于短路[1]。當RMOV1壓敏電阻擊穿，L相對地回路相當于短路，當RMOV2擊穿時，N相對地回路相當于短路，RMOV3擊穿時，L相和N相之間相當于短路。

圖1中RTH1，RTH2為熱敏電阻，主要防止過電流。RTH1是針對輸入端L相回路過電流保護，RTH2是針對輸入端N相回路過電流保護。當回路送電時，熱敏電阻阻值比較大，降低回路的啟動電流，電源啟動后工作電流通過熱敏電阻使其產生熱量，熱敏電阻阻值下降，相當于導線，使電路的電流消耗降到最低[2]。

輸入側電磁干擾濾波器(EMI)主要防止電磁干擾,可以抑制高頻電磁濾波噪聲及高頻雜波對輸入信號產生的干擾,每個開關電源在高壓輸入側均會做防電磁干擾處理[3]。

3 原因分析

該控制系統采用UPS電源三相供電方式，供電負載包括： 機組綜合控制系統(ITCC)，分散控制系統(DCS)，緊急停車系統(ESD)，擴音對講系統。

由于UPS電源輸出端C相的負載擴音對講系統現場接地，使PEN與C相接通，PEN線帶電變成火線，造成A相和B相由對地220 V相電壓變為380 V線電壓[4]，導致ITCC電源模塊輸入端電源A相對地電壓抬高。而RMOV1的閾值電壓為300 V，使該壓敏電阻被擊穿燒壞，電源模塊輸入端A相接地，輸入端B相接地，形成短路電流，斷路器跳閘，該控制系統兩路電源模塊輸入失電，導致機組停機。

而作為UPS負載的DCS，ESD電源模塊，其壓敏電阻設置的擊穿電壓高，當電源模塊輸入端相間電壓超過380 V時，壓敏電阻不會擊穿，電源模塊不受影響，UPS供電方式如圖2所示[5]。

圖2 UPS電源供電方式示意

4 解決方法及使用效果

在UPS電源三相輸出回路中，每相增設1臺隔離變壓器[6]，形成3個獨立的供電輸出回路。各輸出回路均采用浮空接地方式[7]，確保各負載在任何情況下不發生相互干擾，影響供電。整改后的UPS供電方式如圖3所示。

圖3 改進后的UPS供電方式原理示意

改進后的UPS供電系統在輸出端A相負載(ITCC合成氣壓縮機、ITCC氨壓縮機)，B相負載(ITCC二氧化碳壓縮機)，C相負載(擴音對講系統)都安裝了獨立的隔離變壓器。投入運行后，A相、B相多次出現單相接地情況，未對TRICON控制系統造成影響，也未發生模塊壓敏電阻擊穿情況，由此可見，安裝隔離變壓器后起到了很好的效果。

5 結束語

工業UPS系統負載較多，單相接地現象時有發生，該控制系統的供電采用浮空供電方式、UPS系統內部增設了隔離變壓器，以確保系統的可靠穩定運行。結合現場事故發生的實例分析在設計和選擇控制系統時要明確各控制系統的電源回路和供電的要求,同時也要明確各系統壓敏電阻的擊穿電壓,避免類似的漏電情況同時發生。