一起電加熱機(jī)器引起的故障分析及處理

方大特鋼10000Nm3/h制氧機(jī)組分子篩電加熱器運(yùn)行中突然短路，引起了為其供電的配電變壓器高壓側(cè)主回路綜保動(dòng)作、跳閘，造成該制氧機(jī)組工藝氬泵、氮透油泵、空壓機(jī)排煙機(jī)等失電停機(jī)故障。通過分析，采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，提高了供電的安全性、制氧機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

故障現(xiàn)象

某日，方大特鋼10000Nm3/h制氧機(jī)組1#分子篩電加熱器加溫120分鐘時(shí)，突然出現(xiàn)1#電加熱器停止加熱、工藝氬泵停機(jī)故障，經(jīng)檢查，1#配電變壓器失電、停止工作，其高壓側(cè)微機(jī)綜合保護(hù)裝置動(dòng)作、跳閘。

實(shí)際上，制氧機(jī)組配套氮透A/B油泵、氧透A/B油泵、UPS供電電源均進(jìn)行了自動(dòng)切換，氧透油站、空壓機(jī)油站的排煙機(jī)亦停止了工作，只是由于供電系統(tǒng)雖為雙電源供電、控制電路不具備備自投功能，但生產(chǎn)設(shè)備在DCS上卻具備自動(dòng)切投功能，這些回路的失電未對(duì)整個(gè)制氧機(jī)運(yùn)行造成大的影響。

10000Nm3/h制氧機(jī)配置了兩臺(tái)S9-1600/6型（1600KVA 6KV/0.4KV、）配電變壓器，為制氧機(jī)組各回路（含照明系統(tǒng)）提供低壓電，圖一為10000Nm3/h制氧機(jī)1#配電變壓器供電框圖，2#配電變壓器供電與1#配電變壓器類似（2#6KV電源來自動(dòng)力114K路），整套機(jī)組的高、低壓電源均設(shè)有母聯(lián)柜，母聯(lián)柜正常運(yùn)行時(shí)是斷開的、分列運(yùn)行；異常、檢修時(shí)，高壓或低壓電源可以在線并倒，任何一路高壓或低壓電源都可以承擔(dān)全部的運(yùn)行負(fù)荷。

圖一1#變壓器供電框圖

圖一中，QF1為1#配電變壓器高壓側(cè)斷路器，該斷路器配微機(jī)綜保裝置；QF2為1#配電變壓器低壓側(cè)斷路器，QF3為1#電加熱器低壓斷路器，QF2、QF3均為ABB低壓斷路器。從框圖中可以看到，每一回路都配置了斷路器，1#電加熱器發(fā)生短路故障時(shí)越過2級(jí)低壓斷路器、引起1#配電變壓器高壓側(cè)斷路器跳閘，這是很不正常的。

由于越級(jí)跳閘，1#配電變壓器的高、低側(cè)同時(shí)經(jīng)歷了大短路電流的沖擊，影響到1#配電變壓器的安全，本例中，1#配電變壓器低壓側(cè)的直流電阻就由于這次沖擊后檢測到直阻已超標(biāo)（5個(gè)月前已周檢過合格），1#配電變壓器被迫抽芯檢修。為了避免這一現(xiàn)象的再次出現(xiàn)，組織相關(guān)了技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行了認(rèn)真分析、整改。

故障分析

1.QF1高壓斷路器狀態(tài)分析

QF1配微機(jī)綜合保護(hù)裝置為長沙華能DMP-310B2型，過流整定值為6.7A/5S，速斷整定值為30A/0S，電流互感器的變比為150/5。調(diào)出跳閘時(shí)綜保上的記錄，顯示為速斷跳閘，速斷電流值為32A，微機(jī)綜合保護(hù)裝置動(dòng)作是正確的。此時(shí)，變壓器高壓側(cè)相當(dāng)承受了32×150/5=960A的短路電流、低壓側(cè)相當(dāng)承受了960×2309/154≈14394A短路電流（1#配電變壓器的額定電流為154A/2309A）。

2.QF2、QF3低壓斷路器狀態(tài)分析

QF2為ABB-F2B-2500A/690V低壓斷路器，QF3為ABB-F1S-1600A/690V低壓斷路器，兩個(gè)斷路器均采用了SACE AR1模擬固態(tài)可調(diào)電流脫扣器。

該脫扣器由電流互感器供電，其主要功能有：操作時(shí)不需要輔助外部電源；中性線保護(hù)自動(dòng)設(shè)定到相線上電流值的50%；保護(hù)功能可組成兩個(gè)方式，即：反時(shí)限長延時(shí)的過載保護(hù)方式（LS）、反時(shí)限短延時(shí)保護(hù)方式（LI），表一為SACE AR1模擬固態(tài)可調(diào)電流脫扣器保護(hù)功能與設(shè)定值表；可單一及同時(shí)調(diào)節(jié)三根相線和在中線上的定值；有很寬的脫開電流和時(shí)間設(shè)定值；脫扣特性不受環(huán)境影響。

表一

查看QF2、QF3的電流脫扣保護(hù)功能與設(shè)定值情況，兩者均為出廠設(shè)定值，即LI：I=1×In ，t1=INT；LS：I=10×In、t2=0.3S。QF3→QF2→QF1綜保，相當(dāng)構(gòu)成了一套低壓電網(wǎng)的保護(hù)系統(tǒng)，表二為QF3→QF2→QF1綜保--電流保護(hù)參數(shù)設(shè)定表。

表二

從表二中可能看到，QF2、QF3的反時(shí)限短延時(shí)電流均大于QF1的速斷電流，違背了QF1電流>QF2電流>QF3電流上下級(jí)匹配的原則，本次越級(jí)跳閘是必然的，QF1、QF2、QF3三級(jí)斷路器保護(hù)參數(shù)值整定是不匹配的。

3.電加熱器系統(tǒng)分析

10000Nm3/h制氧機(jī)組共配置了2臺(tái)電加熱器用于分子篩的再生活化（一開一備），由TG-3-320晶閘管交流調(diào)功柜控制，電加熱裝置由固定組及調(diào)功組組成，其中固定組由DCS程序控制；調(diào)功組在固定組工作后自動(dòng)投用，根據(jù)電加熱器出口溫度自動(dòng)控制。表三為電加熱器工藝參數(shù)表。

表三 電加熱器工藝參數(shù)表

從表三可以看到電熱管分成了三組。電熱管的供電為三相四線進(jìn)加熱器，220VAC給電加熱管供電。電加熱器是制氧裝置中功率最大的低壓用電設(shè)備，本次越級(jí)跳閘就是由于加熱管運(yùn)行中短路造成。

拆開電加熱器檢查，發(fā)現(xiàn)固定組有7支加熱管的引線炸斷（單支電加熱管的功率為8KW，單支的短路電流不至于太大）。查看電加熱管的接線，發(fā)現(xiàn)較為混亂，在空間不大的地方，上百根引線交叉，部分引線的瓷套管脫落、不全、污垢較多，這樣，一旦單根加熱器引線短路，很可能引起電加熱器裝置供電系統(tǒng)的相—中、相—相、相—地短路，造成更大的短路故障。

處理措施

1.整定QF3參數(shù)

QF1微機(jī)綜合保護(hù)裝置的定值是主機(jī)廠設(shè)計(jì)提供的，因此將綜保的參數(shù)作為基準(zhǔn)。由于電加熱器是主要的低壓用電設(shè)備，QF2參數(shù)暫不調(diào)整，僅對(duì)QF3參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。電加熱管為電阻性負(fù)載，電流與電壓相同，無沖擊電流。

電加熱器固定組、調(diào)功組滿負(fù)荷工作的電流為940A，因此將QF3參數(shù)調(diào)整為：LI：I=0.6×In ，t1=INT；LS：I=4×In、t2=0.15S，即反時(shí)限長延時(shí)電流設(shè)定為960A，反時(shí)限短延時(shí)電流設(shè)定為6400A。

2.整理電加熱器的接線

三相四線電進(jìn)入空間不大的電加熱器，電加熱管的數(shù)量達(dá)78支，引線156根，有序、安全是整理的基礎(chǔ)。為此：一是將電加熱管的中線走加熱管的下端，相線走加熱管的上端，不會(huì)出現(xiàn)相-相短路，也不會(huì)出現(xiàn)由于引線造成的相-中短路，同時(shí)，由于中線在下部，離電加熱器的外殼近，即使與外殼短路亦不會(huì)造成事故；二是將清潔引線的瓷保護(hù)套管，補(bǔ)充引線的瓷保護(hù)套管，使瓷保護(hù)套管在引線上均勻排布，增大空氣絕緣保護(hù)；三是引入一股干燥的氮?dú)?，吹掃電加熱器上部引線，保持加熱器上部相對(duì)干燥避免氧化。

小結(jié)

天氣潮溫，電加熱管引線混亂，單根電加熱管的引線短路引起的弧光，造成多根電加熱管引線同時(shí)短路，繼而引起較大電流，至使后面保護(hù)裝置動(dòng)作；又由于各級(jí)保護(hù)參數(shù)設(shè)置不合理、不匹配，造成越級(jí)跳閘。

通過本次事故，反映工程調(diào)試人員對(duì)綜合保護(hù)裝置的整定是比較重視的，但對(duì)斷路器的參數(shù)設(shè)置未引起關(guān)注，也反映維護(hù)人員工作存在缺陷。細(xì)小的不足，可能引起大的事故，在此特將本次事故向同行作上介紹，希望能給同行一定借鑒。