机组控制系统电源模块故障原因分析及对策

杨亮，杨松，赵权

(中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100)

在一些工业设备的输配电控制系统中,由于一些原因使供配电系统单相接地、相间电压过高,导致控制设备和系统中的电源模块发生损坏,控制设备和系统无法正常工作和运行,造成控制设备非正常停机,装置停产,还可能因电压过高造成系统备件和原料的浪费,产生严重的经济损失。针对上述问题，提出TRICON控制系统的供电控制方式的改造方案。

1 存在的问题

压缩机作为化工装置的核心动设备之一，要求长周期、可靠运行，不能出现非计划性停机。某公司压缩机控制采用TRICON控制系统，将多个分立仪表单元，如防喘调节器、联锁自保系统、电子调速器、负荷调节器等功能集成在一套可靠性较高的三重冗余容错控制系统(TMR)中完成，但是由于该控制系统的电源模块供电电压过高，超过内部电路压敏电阻电压设定值，使电源模块输入端电源短路，引起供电电源空气开关跳闸、系统失电，造成该系统无法正常运行，导致设备非正常停机，生产中断。

2 控制系统供电原理

该控制系统控制器机箱都装有双冗余配置的电源模块。每个通信通道有独立的电源调节器，能够满足机箱中的所有模块功率要求。机箱底板上设置了单独的电源轨进行馈电。

该控制系统电源模块主要由防电涌电路、输入滤波电路、整流滤波电路三部分组成。通过该模块将交流220 V转换为直流6.5 V后通过机箱底板给各卡件供电。电源模块电路如图1所示。

图1 电源模块部分电路示意

图1中，RMOV1，RMOV2，RMOV3为压敏电阻，主要为防止电涌冲击，RMOV1是针对输入端L相单相对地电压超压保护，RMOV2是针对输入端N相单相对地电压超压保护，RMOV3是针对输入端L相和N相相间电压保护。

压敏电阻的作用是电路中若出现电压过高异常现象，保护其电路免受损害。当压敏电阻两端的电压小于其设定值时，通过压敏电阻的电流非常小，压敏电阻所处的回路相当于开路，此时L相通过RMOV1对地回路相当于开路，N相通过RMOV2对地回路相当于开路，L相通过RMOV3和N相之间相当于开路。压敏电阻两端的电压高于其设定值时，通过它的电流非常大，压敏电阻损坏击穿，其所处的回路相当于短路[1]。当RMOV1压敏电阻击穿，L相对地回路相当于短路，当RMOV2击穿时，N相对地回路相当于短路，RMOV3击穿时，L相和N相之间相当于短路。

图1中RTH1，RTH2为热敏电阻，主要防止过电流。RTH1是针对输入端L相回路过电流保护，RTH2是针对输入端N相回路过电流保护。当回路送电时，热敏电阻阻值比较大，降低回路的启动电流，电源启动后工作电流通过热敏电阻使其产生热量，热敏电阻阻值下降，相当于导线，使电路的电流消耗降到最低[2]。

输入侧电磁干扰滤波器(EMI)主要防止电磁干扰,可以抑制高频电磁滤波噪声及高频杂波对输入信号产生的干扰,每个开关电源在高压输入侧均会做防电磁干扰处理[3]。

3 原因分析

该控制系统采用UPS电源三相供电方式，供电负载包括： 机组综合控制系统(ITCC)，分散控制系统(DCS)，紧急停车系统(ESD)，扩音对讲系统。

由于UPS电源输出端C相的负载扩音对讲系统现场接地，使PEN与C相接通，PEN线带电变成火线，造成A相和B相由对地220 V相电压变为380 V线电压[4]，导致ITCC电源模块输入端电源A相对地电压抬高。而RMOV1的阈值电压为300 V，使该压敏电阻被击穿烧坏，电源模块输入端A相接地，输入端B相接地，形成短路电流，断路器跳闸，该控制系统两路电源模块输入失电，导致机组停机。

而作为UPS负载的DCS，ESD电源模块，其压敏电阻设置的击穿电压高，当电源模块输入端相间电压超过380 V时，压敏电阻不会击穿，电源模块不受影响，UPS供电方式如图2所示[5]。

图2 UPS电源供电方式示意

4 解决方法及使用效果

在UPS电源三相输出回路中，每相增设1台隔离变压器[6]，形成3个独立的供电输出回路。各输出回路均采用浮空接地方式[7]，确保各负载在任何情况下不发生相互干扰，影响供电。整改后的UPS供电方式如图3所示。

图3 改进后的UPS供电方式原理示意

改进后的UPS供电系统在输出端A相负载(ITCC合成气压缩机、ITCC氨压缩机)，B相负载(ITCC二氧化碳压缩机)，C相负载(扩音对讲系统)都安装了独立的隔离变压器。投入运行后，A相、B相多次出现单相接地情况，未对TRICON控制系统造成影响，也未发生模块压敏电阻击穿情况，由此可见，安装隔离变压器后起到了很好的效果。

5 结束语

工业UPS系统负载较多，单相接地现象时有发生，该控制系统的供电采用浮空供电方式、UPS系统内部增设了隔离变压器，以确保系统的可靠稳定运行。结合现场事故发生的实例分析在设计和选择控制系统时要明确各控制系统的电源回路和供电的要求,同时也要明确各系统压敏电阻的击穿电压,避免类似的漏电情况同时发生。