一起发电机电源切换引起工艺设备损坏事故的技术分析

王俊强

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

1 事故过程简介

事故前，事故发电机组自动位备用，事故电源由市电供电。事故后，合成氨装置事故发电机切换盘在市电正常的情况下切换为发电机供电，导致事故电源短暂失电 （约11s），由事故电源供电的压缩机组油泵 （P131B／P132B，电动泵）也随之短暂失电，压缩机油压低联锁动作，造成合成氨装置、尿素装置跳车；与此同时，在P131B和P132B停运的情况下，尿素高压系统电机MP101B没有联锁停机，之后由操作人员手动按下停机按钮停机，造成MP101B齿轮箱部分损坏，直接经济损失上百万元。

2 事故技术分析

事故发电机切换盘的市电和发电机电源切换采用接触器控制，本次事故中，市电主接触器线圈烧毁，引起事故电源由失电切换为发电机电源时事故段各回路短暂失电。由于直流系统电池损坏，导致高压电机综合保护器 （以下简称综保）直流电源失电，综保失电导致本应工艺联锁停车的尿素高压系统电机MP101B未停车，最终操作人员手动按下停机按钮停机时MP101B齿轮箱部分损坏；而在此过程中，同样综保失电的合成氨高压系统电机03K001没有跳车，而合成氨高压系统电机05P006A却跳车了。以下对本起事故中出现的事故电源及直流系统失电过程、直流系统失电、尿素装置高压系统电机MP101B未停车、合成氨装置高压系统部分电机跳车、低压MCC柜电机跳车等几个问题逐一进行原因分析。

2.1 事故电源及直流系统失电过程

事故电源及直流系统失电过程示意如图1。图1中的A点代表事故段失电时刻，假定为0s；B点代表直流屏电池组开路时刻，事故电源停电后，直流系统电压降为0V，时刻约为2s，即2s后由于电池损坏直流系统停止供电，综保电源同时失电；事故电源在接触器损坏后，停止供电，11s后，事故发电机带上负载 （C点，时刻约为11s），发电机启动完成，事故段恢复供电；事故电源恢复后，直流屏重启，30s后恢复正常供电 （D点，时刻约为41s），输出电压恢复为220V；综保在直流电源恢复供电后重启，13s后恢复运行，自检正常 （E点，时刻约为54s）。

图1 事故电源及直流系统失电过程示意

2.2 直流系统失电的分析

直流屏交流电源取自事故电源，事故电源失电后，正常时应自动切换为蓄电池供电，直流系统保持正常供电，但在本次事故中，蓄电池带上负荷2s后，第16节电池故障开路，造成直流系统失电；事故电源恢复供电且直流屏启动完毕后，直流系统才恢复正常。

图2为2016—2017年1#～18#蓄电池内阻趋势图。可以看出，2017年10月开始，16#蓄电池 （图2中虚线）内阻开始明显上升，据蓄电池内阻、电压检测的经验，短期的内阻、电压升高并不能判定蓄电池有问题，但需密切关注，而现有技术条件下对蓄电池在线检测并不能完全确保蓄电池的完好性。

图2 2016—2017年1#～18#蓄电池内阻趋势图

下一步拟制定以下计划以提高蓄电池的可靠性：①提高直流屏切换试验频率，即只要装置停车就做1次直流屏切换试验，以验证蓄电池的完好性；② 蓄电池接近设计寿命，或其内阻、电压有明显上升趋势时，更换蓄电池。

2.3 尿素高压系统电机MP101B未停车的分析

事故电源失电后，DCS发出脉冲5s的MP101B联锁停车信号，该信号直接到尿素高压系统MP101B的分闸线圈，但由于此时直流系统失电，且失电时间持续41s，导致MP101B无法分闸停机，最终导致MP101B齿轮箱部分损坏。

为了避免极端情况下的电源故障隐患，确保DCS能够正常联锁停机，将MP101B的DCS联锁停车信号脉冲修改为75s。

2.4 合成氨高压系统部分电机跳车的分析

2.4.1 合成氨高压系统部分电机跳车原因分析

同样的直流系统供电短暂中断，同样的控制原理，同样的没有工艺停车信号，合成氨高压系统电机05P006A跳车了，而高压电机03K001却没有跳车。经分析，合成氨高压系统电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路的设计存在问题。

图3为化肥一期合成氨高压系统电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路简图。正常运行时，仪表24VDCS系统信号为1，电机停止运行时该信号为0，这种状态认为DCS接点为常闭。Y1为高压电机分闸线圈，DCS信号通过中间继电器K1、K2控制分闸线圈进行分闸，电机正常运行时，K1、K2带电，DCS发信号停车时，K1、K2失电，Y1带电，电机断路器分闸。

图3 化肥一期合成氨高压系统电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路简图

对高压备用柜按照图4接线，模拟直流控制系统从有电到失电再到有电的过程，在失电到有电瞬间，用示波器检测，K2常闭点从闭合到分开时间近20ms，即Y1带电近20ms，造成断路器可能分闸。

对2台备用柜进行断路器分闸模拟试验，结果显示：0616备用柜，试验次数5次，断路器分闸次数5次；0617备用柜，试验次数8次，断路器分闸次数6次。这表明断路器是否分闸存在一定的几率。

由此得出合成氨高压系统电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路的设计存在以下问题：一是正常运行时220V继电器K2长期带电；二是跳闸回路接继电器常闭点，高压电机运行中当直流系统失电再来电时，可能造成高压电机跳车。

2.4.2 高压系统电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路的进一步分析

图4、图5分别为我公司化肥二期和甲醇一期装置、化肥一期尿素和甲醇二期装置的高压电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路简图。几套装置的高压电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路存在2个问题：一是仪表DCS24V电源系统失电时高压电机是否需要停车；二是高压电机DCS自动停车信号是否应进综保。

图4 化肥二期和甲醇一期装置高压电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路

图5 化肥一期尿素、甲醇二期装置高压电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路

关于DCS24V电源系统失电时高压电机是否停车的问题，其取决于仪表DCS接点为常开还是常闭。当仪表DCS接点为常闭时，DCS失电，该DCS接点信号由1变0，电机停运，装置停车；当仪表DCS接点为常开时，DCS失电，该DCS接点信号保持为0，电机正常运行，装置不停车。从仪表角度看，当DCS系统失电时，无法对工艺系统进行监控，为了安全起见，必须立即停车，所以仪表DCS接点应设计为常闭，当DCS24V电源系统失电时，高压电机立即停车。而我公司的现状是，各装置 DCS电源失电是否停车设置不一，据图3～图5对各装置DCS电源失电高压电机停车与否的设置进行汇总，结果见表1。

关于高压电机DCS自动停车信号是否进综保的问题，其优缺点分析如下。

DCS停车信号进综保的优点：电气可记录DCS停车信号；有防抖作用，并可调；对仪表继电器触点容量要求低。其缺点是：综保故障时，DCS无法停车。

DCS停车信号不进综保的优点：综保故障时，不影响DCS停车。其缺点是：DCS停车时，电气无记录；跳闸时间与继电器特性有关，不可调；仪表继电器触点容量要求在6A以上。

综上，在综保及直流电源可靠性有保障的情况下，建议DCS停车信号进综保。

表1 各装置DCS电源失电高压电机停车与否的设置

2.4.3 化肥一期合成氨高压系统电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路的修改

针对化肥一期合成氨高压系统电机电仪交接柜DCS自动停车控制回路设计存在的问题，对DCS自动停车控制回路进行如下修改：将继电器K1辅助接点由常开修改为常闭，将继电器K2辅助接点由常闭修改为常开。

2.5 低压MCC柜电机跳车的分析

本次跳车事故中，所有低压MCC柜电机回路全部跳车，且所有自启动设备均未完成自启动。所有低压MCC柜电机采用施耐德TeSysT LTM马保控制器，电机接触器回路串联该控制器的一个接点，当马保控制器发出故障信号时，接触器断开。与施耐德方面沟通，该马保控制器本身故障与继电保护动作出口为同一接点，该接点为常开点。当马保带电自检正常时，该接点从断开到闭合；当马保失电或者继电保护动作时，该接点从闭合到断开，发出故障信号，接触器断开。该设计与其他低压马保控制器不同，其目的是马保控制器可监控跳闸接点的完好性。

3 结束语

本次停车事故，表面上看似为接触器线圈损坏所致，但实际上其背后有各种隐患，包括直流屏电池隐患、DCS联锁停车信号脉冲时间短、电仪交接柜隐患、低压电动机自启动隐患等。每起事故背后都可能有深层次的原因，只有将事故分析透，找出事故的症结所在，有效消除隐患，才能避免类似事故的再次发生。