高压水泵控制系统的优化改造

叶金荣 吴韩辉 徐彦飞

(1.广东广业云硫矿业有限公司；2.云浮联发化工有限公司)

高压水泵控制系统的优化改造

叶金荣1吴韩辉1徐彦飞2

(1.广东广业云硫矿业有限公司；2.云浮联发化工有限公司)

分析了某公司供水站高压水泵控制系统经常出现高温烧蚀、触头振动及启动异常等情况，技术人员通过现场反复研究测试和对各相关参数对比分析，制定出科学合理的解决方案并成功进行改造，既降低了水泵控制系统关键元器件的运行温升，同时也大幅提高了水泵控制系统的运行可靠性和稳定性。

高压水泵 电抗器 过电压吸收 接触器

某企业供水站负责本企业内部硫酸、采选矿等生产线的所有生产和生活供水。原动力采用6台6kV电压等级的450kW交流异步电动机带动高压水泵并列运行，正常运行时白天为五用一备运行方式，晚上为四用两备运行方式，由此，从节能和生产运行成本方面考虑，经常有一台泵需要根据工艺要求进行启停切换。

供水系统是20世纪末投用的国产设备，考虑到供电线路长、供电质量相对不稳定，选用了成本相对较低的电机定子串电抗器降压启动的方式进行启动，在启动完成后采用高压接触器将串联电抗器短接的控制方式，既保证了高压水泵的正常启动运行，又在一定程度上限制了高压水泵启动时的冲击电流，避免了对电网和邻近用电设备的影响。但随着设备使用年限的增加和控制元器件的不断腐蚀老化，近期供水站高压水泵控制系统经常出现电抗器发热高温烧蚀、接触器触头振动噪音大及高压水泵启动失败等异常情况，使供水系统不能正常连续、稳定运行，严重影响着公司硫酸和矿石的生产，且对相关大型设备的安全稳定运行也造成较大影响。为此，技术人员通过现场反复研究测试和对各相关参数对比分析，最终制定出科学合理的解决方案并成功进行改造实施。

1 异常现象与原因分析

供水站450kW高压电机在额定电压6kV下直接启动时，初始启动电流很大，超过额定电流的5倍以上，造成较大的启动冲击，对电网、水泵和周边用电设备造成较大的影响，因此选用了成本相对较低的电机定子串电抗器降压启动的方式进行启动控制。但是在使用过程中，运维人员发现存在较多设备安全隐患，并且经常出现启动失败的情况。改造前的控制主电路如图1所示。

图1 改造前的控制主电路

经过技术人员测试、分析，最终确定出以下3种原因：

a. 在高压水泵启动完成正常运行后，控制系统降压电抗器被自动切除，短接接触器投入工作，但随着高压水泵的长期运行，短接接触器触头接触电阻不断变大，造成接触器主触头发热严重，同时启动电抗器也因为长期分流发热而不断升温，最终导致元器件烧坏断路、电机缺相等故障。

b. 原控制系统采用高压熔断器串电容作为过压吸收器，吸收真空接触器断开过电压，可有效抑制停机时真空接触器断开瞬间产生的过电压振荡和高频电流，使过电压的波形变缓、幅值降低，然而原控制系统中采用的高压熔断器没有分压作用，也不能消耗停机瞬间过电压引起的振荡能量。同时，设计安装在电抗器上端，使电抗器串接在过电压放电回路中，在停机时真空接触器断开过程中，电机产生的过电压能量需经过电抗器而被吸收，严重影响电抗器寿命。

c. 在控制回路中，接触器合闸线圈长期处在通电状态，引起衔铁振动，产生噪音，并且由于短路环已损坏，无法减少接触器的抖动，噪音大，触头磨损严重，影响接触器的使用寿命，从而造成维修成本和劳动强度过高，也增加了设备的故障率。

2 技术改造方案

2.1 改造措施分析

根据以上供水站高压泵控制系统存在的异常现象，结合目前企业生产现场的实际运行情况，确定在尽量不增加公司维修改造成本的前提下自行进行技术攻关，完成该项目的设计改造工作，主要从以下3个方面进行优化改造：

a. 根据现场运行实际情况结合测量数据分析，对控制系统主回路的短接接触器进行改造，增加接触面积，降低接触电阻，使主触头压降减少，从而使工作温升降低，同时也可保证加在电抗器上的压降减少，降低正常运行时电抗器的分流作用，使电抗器绕组温度下降，绕组绝缘老化减慢，增加电抗的使用寿命。

b. 对过压吸收装置进行改进，一方面改变过电压吸收装置的安装接线位置，使经过启动电抗器的电流尽量降低，持续时间尽量缩短；另一方面更换新型具有能耗吸收功能的过电压吸收装置，使停机过程中真空接触器断开瞬间产生的过电压能量有效消耗在过电压吸收装置上，彻底起到过电压保护功能，并且在整个过程中接触器断开产生的过电压不经过电抗器，过电压能量较少地消耗在电机本体上，降低过电压对电抗器和电机的影响，有效提高电抗器和电机的使用寿命。

c. 对高压水泵控制系统进行优化改进，在电机启动正常后，使短接接触器合闸线圈断电，可有效避免线圈长期通电引起的衔铁振荡和线圈发热情况。

2.2 改造方案

改造后的控制主电路如图2所示。

图2 改造后的控制主电路

根据以上分析，提出并制定了对供水站高压水泵控制系统经常出现高温烧蚀、触头振动及启动异常等情况的优化改造方案。主要从以下3个方面进行：

a. 对原主回路的短接接触器进行本体结构改造，把原短接接触器每相主触头为单触头控制改为新型双触头联锁动作控制，利用原接触器的机械连杆和自动复位结构，使改造后的双触头达到联锁动作，同步运行，从而使短接接触器的接触面积增加一倍，接触电阻减小一半，并使主触头的接触可靠性大幅增强，主触头工作温升大幅降低，动静触头间压降减少，则加在电抗器上的压降也随之减少，达到有效降低正常运行时电抗器的分流作用，保证电抗器的有效可靠切除，正常运行时电抗器绕组温升大幅下降，绕组绝缘老化减慢，增加电抗的使用寿命。

b. 使用新型阻容过压吸收装置替换原过电压保护装置，增加过电压保护装置的能量吸收功能，使过电压保护装置更科学，保护功能更全面。同时，把阻容过压吸收装置改接在短接接触器输出端，吸收真空接触器断开瞬间产生的过电压，有效抑制停机过程中接触器断开瞬间产生过电压的瞬间振荡和高频电流，使过电压的波形迅速变缓，幅值快速降低，并且消耗掉大部分引起振荡的过电压能量，使高频振荡迅速衰减，并且在这个过程中电机产生的过电压不经过电抗器，降低过电压对电抗器和电机自身的影响，提高电抗器和电机的使用寿命。

c. 对高压水泵电气控制系统进行重新设计优化，在满足生产控制要求的情况下合理控制接触器合闸线圈的供电时间，在接触器合闸结束后断开短接接触器合闸线圈控制回路，这样既不影响接触器的正常工作状态，又可以避免线圈长期通电引起的衔铁振荡，线圈发热情况，减小接触器的抖动和产生的噪音，同时也减少了动静触头的磨损，提高了接触器运行的可靠性、稳定性和经济性。

根据制定的改造方案，安排人员利用从废弃元器件上拆下的配件自行进行优化改造，实施完成后对各部件的工作性能和运行参数进行了测试分析，完全达到了预期的效果。不仅解决了原控制装置的缺陷与不足，同时也为企业节省了大量的维护改造费用，也大幅降低了工人的劳动强度。

3 结束语

通过对供水站高压水泵控制系统电气设备改造前与改造后绝缘强度对比，发现改造后的控制系统电抗器绝缘电阻相同，对电抗器的绝缘强度没有改变。对电气设备改造前与改造后所测温度对比分析，电抗器运行温度、接触器主触头的温度、接触器合闸线圈温度都比改造前的温度变化有明显降低。改造前后现场实测数据对比，改造后电抗器温升变化降低了23℃左右，短接接触器主触头温升变化降低了35℃左右，短接接触器合闸线圈温升变化降低了16℃左右，效果十分显著。以上数据都充分表明，对供水站高压水泵控制系统的优化改造达到了预期的满意效果，改造后大幅降低了电抗器正常运行时的温度变化和短接接触器主触头的温度变化，同时消除了接触器动静触头的接触抖动，降低了工作噪音，减少了接触器动静触头磨损，从而大幅减少了电抗器和接触器的故障发生率，避免了启动异常的情况发生，减少了下游生产系统停机时间，节约了生产运行成本。

Through summarizing the structure characteristics of cryogenic pumps and the bottleneck of monitoring technology, both main function modules and technical characteristics of Bently System1 condition monitoring system was introduced; and through establishing networked condition monitoring system of the cryogenic pump groups, the online monitoring, early warning and failure diagnosis of the key pumps for LNG receiving station were realized to provide an effective method for scientific maintenance and optimization of the pump maintenance and long-term operation.

cryogenic pump, LNG receiving station, condition monitoring system, networked

TH865

B

1000-3932(2017)07-0711-03

2016-10-04，

2017-02-15)

(1.SinopecQingdaoLNGCo.,Ltd.; 2.GEMesurement&ControlTechnology(Shanghai)Co.,Ltd.)

叶金荣(1975-)，助理工程师，从事电气自动化技术管理与设计、安装、维护工作。

联系人徐彦飞(1986-)，工程师，从事电气自动化技术管理与设计、安装、维护工作，362046232@qq.com。

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