机组控制系统电源模块故障原因分析及对策

2021-09-23杨亮杨松赵权

石油化工自动化 2021年5期

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。