空分装置电气回路存在问题及改造

刘 欣，田现德，王 超，徐 霞，梁 军，亓效亮

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜 271104）

1 概述

空分系统电气设备是制氧生产中的关键设备，一旦出现故障，单体设备会影响甚至导致空分系统停车。某厂新建60000 m3/h空分装置配套的电气系统，由于设计、设备配置等未能与实际较好地结合，其冷冻机控制、UPS电源、直流屏等方面均存在缺陷，不能满足电气设备安全可靠运行要求，影响到空分系统的安全稳定运行。经分析研判，提出了具体的整改措施并予以实施。

2 问题分析及改造方案

2.1 冷冻机控制电源改造

2.1.1 存在问题及分析

冷冻机主电动机软启动器冷却风扇电源直接接在冷冻机主电动机控制电源回路中，若风扇出现短路烧损造成冷冻机控制回路熔断器熔断，将直接造成冷冻机二次回路失电，造成冷冻机主电动机故障停机，直接影响60000 m3/h制氧机组的安全稳定运行，甚至造成60000 m3/h制氧机系统停机。

冷冻机主电动机电气原理图如图1所示。由图1可看出，冷却风扇电机M1、M2电源直接引自冷冻机主动电机控制回路电源。

2.1.2 改造方案

优化改进冷动机主电机控制回路电源，将风扇电源回路与冷动机主电机控制回路分开，即将冷冻机风扇电源改引自冷冻机主电源开关QF下面L3线路，并通过新增开关QF1接至风扇电动机，从而使风扇电源与冷冻机主电动机控制回路电源分开，互不影响。改进后的冷冻机主电机电气原理图及风扇电源接线图如图2所示。

2.2 UPS电源改造

2.2.1 存在问题及分析

60000 m3/h制氧机电控系统UPS电源是主供机组的控制保护电源，供电设备包括空压机励磁控制电源、空压机LCI控制电源；增压机、1#、2#中压氮、低压氮固态软启控制电源；空压机、增压机、1#、2#中压氮、低压氮油泵电气回路控制电源；开关量输出柜、紧急停车柜、开关量输入/模拟量输入柜控制电源；模拟屏、后台机、中控屏电源等。60000 m3/h制氧机正常运行时，UPS供电的空压机励磁控制电源、LCI高压变频等均需安全可靠供电，因此该UPS必须确保安全稳定运行；同时60000 m3/h制氧机停运后，后备液氧泵、液氮泵、液氩泵等均需稳定运行，因此开关量输出柜、紧急停车柜、开关量输入/模拟量输入柜等的供电电源必须安全可靠，也必须确保UPS运行安全稳定。UPS一旦停电，将直接造成制氧机停机。

图1 冷冻机主电动机控制回路图

图2 改进后的冷冻机主动电机控制回路图

60000 m3/h制氧配电UPS电源为常规UPS，由小型主机柜、小型电池柜（含电池组）、小型配电柜组成，安装在配电值班室。该UPS在设计、设备配置等存在多处缺陷。

（1）电控系统仅设计1套UPS电源，无后备UPS电源，可靠性差，不能满足空压机励磁等重要设备安全可靠供电，UPS一旦停电，将造成60000 m3/h制氧机系统停机，且后备氧氮氩等液体泵都将无法运行。

（2）主机柜风机损坏，由于UPS电源不允许停运，导致主机温度过高，直接影响UPS电源的安全稳定运行。

（3）电池组是隐形故障点，投运4年，已到寿命；且由于该UPS电源长期连续运行，电池组长期充电不充分，加速了电池损坏。

（4）安装于配电值班室内，且靠窗安装处于太阳直射位置，散热通风差，环境温度偏高，不利于UPS的运行。

2.2.2 改造方案

采用双机冗余电力专用UPS电源方式，即原UPS电源仍然保留，同时在直流电源室另增加一面（套）电力专用UPS电源屏，两套电力UPS电源组成双机冗余电力UPS电源系统，正常运行时以直流电源室新增电力专用UPS为主，值班室 UPS作为备用。

2.3 直流系统改造

2.3.1 存在问题及分析

60000 m3/h制氧机配电系统仅配置1套直流系统，由于60000 m3/h制氧机正常停运后仍需要运行液体氧、氮、氩泵，进行液体蒸发外供，因此该直流系统正常情况下不允许停运，出现故障时无法进行处理，而且大容量电池组（600 Ah）回路采用熔断器（500 A）分断，插入或取出不安全也不方便，电池组不能及时维护或更换，影响直流系统的稳定运行。

2.3.2 改造方案

（1）增加一台电池开关。

为提高电池组维护的便捷性及安全性，增加专用电池隔离开关，GM系列2P-500A一台。

（2）增加一台SD-BC220/30应急充电机（便携式）。

用于主充电机故障的情况下，替代主设备供电，为直流系统蓄电池的应急维修充电及初充电，可直接挂接直流母线上。

SD-BC220/30应急充电机采用三相无中线输入、无源功率因数校正、峰值电流控制技术，充电机具有独立可设的均充电压及浮充电压，数字电压及电流指示，采用恒压限流充电方式，充电电流在0～30 A范围内任意可调。

（3）制作一个小型电源箱。

为便于维护及操作，制作一个小型电源箱，将上述电池隔离开关、应急充电机置于箱体中。

电源箱配置明细如下：

1台应急充电机：型号SD-BC220/30。

1台电池隔离开关：型号GM-2P，500 A。

1套箱内支架及横梁。

3 结语

改造后，冷冻机控制回路电源与风扇电源分开，使冷冻机控制回路与风扇电源互不影响，避免了风扇烧损短路等造成冷冻机控制回路失电、冷冻机停机故障；UPS电源采用双UPS冗余供电方式，以新增电力专用UPS为主运行，一用一备，一台故障时自动无扰动切换，增强了空压机励磁等重要设备的供电可靠性；直流系统增加专用电池隔离开关，增加一台SD-BC220/30应急充电机，在主充电机故障时，替代主设备供电，为直流系统蓄电池的应急维修充电及初充电，避免了直流系统失电故障导致的生产停运，大大提升了直流系统运行的稳定可靠性。