高压水泵控制系统的优化改造实践

叶金荣，吴韩辉，徐彦飞

(1.广东广业云硫矿业有限公司,广东云浮 527300;2.云浮联发化工有限公司，广东云浮 527300)

高压水泵控制系统的优化改造实践

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,广东云浮 527300;2.云浮联发化工有限公司，广东云浮 527300)

分析了供水站高压水泵控制系统经常出现的高温烧蚀、触头振动、启动异常等情况。通过研究测试和对比分析，制定出合理的解决方案并进行技改，既降低了水泵控制系统关键元器件的运行温升，又提高了水泵控制系统的运行可靠性和稳定性，保障了连续稳定的水量供给，减少了维修工时和劳动强度，增加了企业经济效益。

高压水泵 电抗器 过电压吸收 接触器 改造

某企业供水站负责硫酸、采选矿等生产线的所有生产及生活供水。原动力采用6台6 kW电压等级的450 kW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5用1备，晚上为4用2备。从节能和生产运行成本方面考虑，经常有1台泵需要根据工艺要求进行启停切换。

据了解，该供水系统是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，该公司选用了成本相对较低的电机定子串联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，近期其供水站高压水泵控制系统经常出现电抗器发热高温烧蚀、接触器触头振动噪声增大、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销售，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，既降低了水泵控制系统关键元器件的运行温升，同时也大大提高了水泵控制系统的运行可靠性和稳定性，保障了下游各用水系统的连续稳定水量供给，减少了维修工时和员工的劳动强度，增加了一定的社会效益和经济效益。

1 异常现象及原因分析

供水站450 kW高压电机在额定电压6 kV下直接起动时，初始起动电流很大，超过额定电流的5倍以上，造成较大的启动冲击，对电网、水泵及周边用电设备造成较大的影响;因此,技改选用了成本相对较低的电机定子串联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。经过技术人员现场反复研究测试和各相关参数对比分析，最终确诊出以下3种原因。

1.1 短接接触器故障

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、电机缺相等故障情况。分析原因可能有以下2种情况：

1) 短接接触器主触头压力弹簧受到机械损伤及电弧高温的影响而逐渐降低弹性，并且动、静触头在长期操作过程中不断磨损变薄，导致主触头上的压力相对减小，主触头接触电阻不断变大，从而使接触器本身发热并且启动电抗器不断分流而发热。

2) 铜质触头表面因高温、潮湿而氧化，同时水汽和粉尘黏附在触头表面形成一层电阻层，并且触头表面被电弧灼伤、烧毛，使接触面积减小，导致主触头电阻增大，从而使接触器本身发热并且启动电抗器因不断分流而发热，电抗器绕组温度逐渐上升，绕组绝缘加速老化，使电抗器工作寿命大大减短。

1.2 高压熔断器故障

原控制系统采用高压熔断器串联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震荡能量。同时，原控制系统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，大大影响电抗器寿命。

1.3 短路环损坏

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，产生噪声。并且由于短路环已损坏，无法减少接触器的抖动，噪声大，触头磨损严重，大大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，影响系统运行的稳定可靠性。

控制主电路如图1所示。

图1 改造前的控制主电路

2 技术改造

2.1 改造措施分析

根据以上对供水站高压泵控制系统存在的异常现象及原因分析，结合目前企业生产现场的实际运行情况，确定在尽量不增加企业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。

1)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。

2)对过压吸收装置进行改进。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；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。在整个过程中接触器断开产生的过电压不经过电抗器，过电压能量较少的消耗在电机本体上，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。

3)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[1]。

2.2 改造方案

根据以上分析，技术人员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、启动异常等情况的优化改造方案。

1)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。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大增强，主触头工作温升大大降低，动静触头间压降减少，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[2]。

2)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和幅值快速降低；并且消耗掉大部分引起震荡的过电压能量，使高频振荡迅速衰减。在这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。

3)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。大大减小接触器的抖动和产生的噪声，同时也减少了动静触头的加速磨损，提高了接触器运行的可靠性、稳定性和经济性[3]。

根据制定的改造方案，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，降低了工人的劳动强度。

改造后的控制主电路见图2。

图2 改造后的控制主电路

3 结语

通过对供水站高压水泵控制系统电气设备改造前与改进后绝缘强度对比，发现改进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进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进前的温度变化有明显降低。改进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，改造后大大降低了电抗器正常运行时温度变化和短接接触器主触头温度变化。同时消除了接触器动静触头的接触抖动，降低工作噪声，减少了接触器动静触头磨损，从而大大减少了电抗器和接触器的故障率，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。

[1] 王仁祥．常用低压电器原理及其控制技术[M]．北京：机械工业出版社，2008：8．

[2] 任清晨．电气控制柜设计制作[M]．北京：电子工业出版社，2014：11．

[3] 王再英．过程控制系统与仪表[M]．北京：机械工业出版社，2006：2．

Practice of optimizing and reforming high pressure water pump control system

YEJingrong1,WUHanhui1,XUYanfei2

(1.Guangdong Guangye Sulphur Mining Co., Ltd., Yunfu, Guangdong, 527300,China; 2.Yunfu Lianfa Chemical Co., Ltd., Yunfu, Guangdong, 527300,China)

The study diagnosed the common issues of high temperature ablation, contact vibration and start abnormality of the high pressure water pump control system in a water supply station. Through the study and analysis of testing results and data comparison, a reasonable solution was proposed and retrofitting was carried out to decrease the operating temperature rise of the key components of the pump control system, and to improve the operating reliability and stability of the pump control system. Thus, the continuous and steady water supply increased the economic benefit for the enterprise via reducing the working hours for maintenance and labor intensity.

high pressure water pump; line reactor; surge absorber; AC contactor; retrofitting

2016-11-20。

叶金荣，男，广东广业云硫矿业有限公司助理工程师，主要从事硫酸与磷肥生产的电气自动化技术管理与设计、安装、维护工作。电话： 18807669978；E-mail：1450118738@qq.com。

TQ111.16；TQ056.2

B

1002-1507(2017)03-0033-03