大型机组调试电气问题浅析

刘国军 李启凡

（中国石化集团上海工程有限公司，上海 200120）

本人参加了某石化EPC项目的电气设计工作，最近又参与了该项目的调试、开车工作。该项目挤出机机组包的供配电，在EPC方的设备与供应商机组的配合之间出现了不少问题，供应商在某些信号的功能定义以及命令的动作方式上，与常规的做法有很大差别，在调试中几次修改设计方案，最后才试车成功。现把存在问题以及如何解决问题的过程整理出来，供同行借鉴。

1 石化EPC项目电气设计介绍

1.1 挤出机主电机的供配电设计（见图1）

挤出机主电机是该机组的最大电动机，电动机功率为10000 kW，10 kV，3相，50 Hz。采用专用变压器供电，变压器为35/10.5 kV，容量为20MVA，短路阻抗Uk = 8%，电动机采用直接启动方式。

1.2 挤出机主电机的控制原理图（见图2）

该电动机的供配电由EPC的中压MCC来完成，控制由机组包所配置的PLC来完成。在EPC的中压开关柜与供应商的PLC之间存在信号接口匹配问题。

供应商提出其PLC与中压MCC之间的信号包括（信号用硬线连接）：

命令：START, NO STOP, ACKNOWLEDGE

状态信号：RUN, NO FAULT, READY FOR OPERATION

模拟信号：POWER TRANSMITTER

最初与供应商就以上信号问题进行沟通，供应商对特殊信号的解释是：“NO STOP”就是“STOP”；“ACKNOWLEDGE”相当于“RESET”，故障发生后，机组PLC可以自动复位综保（故障解出）；“NO FAULT”就是FAULT 的反状态。

2 调试出现问题以及解决方案

2.1 挤出机主电机的控制信号ACKNOWLEDGE问题

由于该控制原理图没有ACKNOWLEDGE 控制，供应商要求加入该命令，于是对图2所示的原理图作了相应的修改。

图1 主电动机供电系统图

图2 主电动机控制原理图

2.1.1 修改后的挤出机主电机的控制原理图（见图3云线部分）

2.1.2 挤出机主电机ACKNOWLEDGE解决方案

以上修改虽然满足了供应商的控制要求，但存在一定的安全隐患：原来的设计理念是如果中压MCC出现电气故障，操作员必须消除电气故障后，在MCC开关柜上人为按下按钮SA1后（解除故障），才可以重新启动电动机；供应商提出的修改方案有可能在操作员还没有确认故障以及解除故障情况下，当PLC发出ACKNOWLEDGE命令自动解除故障时（而实际电气故障可能依然存在），能够重新启动电动机，造成更大的电气事故和人员伤害。最后与业主沟通后，未同意上述修改，所以供应商PLC的ACKNOWLEDGE 命令不接入EPC的中压MCC，因此，出现电气故障后必须经人为复位解除故障后，才能重新启动电动机。

2.2 挤出机主电机控制信号MOTOR NO STOP 问题

对于MOTOR NO STOP COMMAND信号，现场经过与供应商的电气工程师沟通，发现供应商的控制理念与常规做法有很大的不同，图4是常规电动机回路的分合闸控制的逻辑简图，图2的电动机控制原理图也和图4的逻辑图是相一致的，并且断路器的合闸和分闸线圈分别受合闸和分闸逻辑控制，两者并没有电气逻辑关系。

2.2.1 常规电动机回路的控制逻辑简图（见图4）

2.2.2 机组供应商电动机回路的控制逻辑图（见图5）。

2.2.3 对机组供应商电动机回路启/停逻辑图（图5）分析，汇出电动机回路的时序图（见图6）。

工况一：图6中电动机正常启动时序图，可以得知机组的PLC在给中压MCC发出启动命令的同时，发出一个正阶跃保持信号（MOTOR NO STOP COMMAND），并且当电动机运行反馈信号从中压MCC送到PLC后（t <15 s），电动机起动命令反转，从“1”变为“0”；MOTRO NO STOP 信号仍为正阶跃保持信号，维持不变。电动机启动过程结束。

图3 主电动机控制原理图升版

工况二：图6中电动机非正常启动时序图，当PLC发出MOTOR START COMMAND 命令15s 后，并且PLC也没有收到中压MCC送出的挤出机主电机运行反馈信号“1”，MOTOR START命令反转，并且MOTOR NO STOP COMMAND也反转，电动机起动过程停止，PLC有电动机故障显示。

图4 常规电动机控制逻辑图

图5 机组供应商主电动机控制逻辑图

工况三：图6中电动机正常启动运行后正常停机时序图，PLC发出电动机停机命令，电动机MOTOR NO STOP 命令反转，从“1”变为“0”，中压MCC断路器跳闸，电动机停止运转。

图6 机组供应商主电动机控制时序图

综上所述，中压MCC在电动机启动过程中，电动机的启动与停止之间有逻辑关系，所以，中压MCC与供应商的PLC的接口之间信号存在不匹配问题：对于这个问题的解决，我们有两个方案：第一，供应商修改电动机的启动/停止控制逻辑，在MOTOR NO STOP 的出口加上一个非门逻辑，变为MOTOR STOP COMMAND 到中压MCC；第二，中压MCC增加中间继电器，进行信号变换。事实是：供应商拒绝了第一种方案，所以采取了第二种方案。

2.2.4 挤出机主电机控制信号MOTOR NO STOP 解决方案

挤出机主电机控制原理图修改版（见图7中云线部分）。

2.2.5 现场调试的实际经过

最初采用图2的控制原理图，但在现场调试、试车时出现了问题。在现场，当电动机的接线、相关的试验完毕后，机组PLC发出MOTOR START命令到中压MCC，电动机却启动不起来！

原因分析：图2设计的电动机合、分闸回路为独立的两个电气回路，也就是说PLC 发出两个独立的合、分闸脉冲信号（MOTOR START 、MOTOR STOP 命令不可同时发出），即可实现断路器的合、分闸功能，从而实现电动机的启动与停止；由图6电动机回路的正常启动时序图可知，供应商PLC发出MOTOR START COMMAND启动命令的同时，会发出一个正阶跃保持信号（MOTOR NO STOP COMMAND）， 如果按照供应商告诉该命令的功能定义（NO STOP 等于 STOP），那么把NO STOP的信号，接入中压MCC的 STOP 端子上，这样在PLC的MOTOR START命令送到中压MCC的时候，合闸线圈得电；同时，PLC的MOTOR NO STOP 命令也送到中压MCC，并且该命令是一个正阶节跃保持信号，分闸线圈也同时得到220V DC的电压，这样中压MCC得到一个既合闸又分闸的命令，由于这两个回路有电气和机械联锁，就发生了断路器不动作的现象。

按照图7的电动机控制原理图修改了接线后，检查完毕，通电，电动机启动，约2S后，断路器分闸，电动机没有完全启动起来。

原因分析：以上现象说明中压MCC的控制回路没有问题，控制回路增加了中间继电器KA，其常闭节点接到分闸线圈回路。当PLC发出MOTOR START COMMAND 启动命令到中压MCC后，断路器合闸，电动机起动；同时，PLC发出MOTOR NO STOP COMMAND 命令到中压MCC，由于该命令为“1”（正阶跃保持信号），PLC的继电器节点闭合，中间继电器KA的线圈带电，分闸回路的KA常闭节点动作，由常闭变为常开（NC/NO），因此，分闸线圈不会带电，断路器也不会跳闸，改动后的电动机控制原理图和供应商的电动机控制逻辑图是相一致的。

图7 挤出机主电机控制原理图修改版

实际上断路器的跳闸是另有原因的，我们察看了中压进线柜的综保，发现综保报电流速断故障，经过分析是定值设置问题，定值调整后，再次通电试车，并成功启动。

2.2.6 问题讨论

对于解决挤出机主电机控制信号MOTOR NO STOP 问题，前文曾提出两种方案，对于方案一，修改供应商的电动机控制逻辑：从机组供应商的主电动机的启/停逻辑图（图5）可以看出，在发往中压MCC的MOTOR NO STOP COMMAND 前加一个非门逻辑，变MOTOR NO STOP 为MOTOR STOP，然后接入中压MCC，这就和中压MCC的逻辑相匹配。这样做法比较容易修改，并且也是常规的做法，供应商为什么拒绝修改电动机的控制逻辑？

图7的电动机控制原理（供应商不修改逻辑，EPC 修改电动机控制原理图）：PLC发往中压MCC的MOTOR NO STOP COMMAND命令的正常状态为“1”，动作为“0”，对于电气中压MCC的电动机控制原理图来说，PLC的继电器节点闭合，电机控制回路中的中间继电器KA线圈两端正常情况是带电的，当动作时（PLC要停机，发MOTOR STOP命令到中压MCC），PLC的继电器节点打开，KA线圈两端失电，KA继电器节点从常开变为常闭状态，从而使断路器跳闸；而按照方案一，修改逻辑变为常规做法（供应商修改逻辑，EPC 不修改电动机控制原理图），其电动机控制原理是：PLC发往中压MCC的停机命令为 MOTOR STOP COMMAND，正常情况为“0”，动作为“1”，对于电气中压MCC来说（见图2），正常情况来自PLC的继电器节点是打开的，当动作时，来自PLC的继电器节点闭合，断路器的跳闸线圈带电，从而使断路器跳闸。这两种做法区别在于：前者当控制电源掉电或者控制回路断线，断路器都会跳闸；避免了图2中控制回路断线时，PLC发出的停车命令不能执行的现象发生。这样从安全角度讲，前者的做法会更合理一些。

从紧急停车和涉及人身安全的角度考虑，供应商的做法是可取的；但对机组已经装设了安全停车系统，正常停车也采用这种做法，会由于控制电源断线等原因造成紧急停车，这样将破坏生产的连续性，而造成较大的经济损失。因此，从正常停车的角度上考虑，这样的做法值得商榷。

3 结束语

通过本案例，在EPC项目中，特别是机组包设备比较多的石化项目，供应商也比较多，在EPC和各个机组包之间的接口衔接要弄清楚，要多与供应商沟通，要请供应商确认特别是与常规做法不同的地方。在设计阶段就要搞清楚在PLC、DCS以及中、低压MCC之间的每个信号的具体功能，信号的类型是脉冲还是阶跃信号，信号动作是高电平还是低电平（“0”还是“1”），并且电气在实际中能否实现以及如何实现供应商的特殊控制要求，满足EPC与各个供应商接口的无缝连接，高质量完成工程建设工作，否则在施工阶段会产生许多问题，需要大量的修改工作，对EPC项目顺利完工造成影响！