一起制氧机组电加热器引起的故障分析及处理

发布时间:2020-08-18 11:53

  方大特钢10000Nm3/h制氧机组分子筛电加热器运行中突然短路,引起了为其供电的配电变压器高压侧主回路综保动作、跳闸,造成该制氧机组工艺氩泵、氮透油泵、空压机排烟机等失电停机故障。通过分析,采取了相应的改进措施,提高了供电的安全性、制氧机组运行的稳定性。

  某日,方大特钢10000Nm3/h制氧机组1#分子筛电加热器加温120分钟时,突然出现1#电加热器停止加热、工艺氩泵停机故障,经检查,1#配电变压器失电、停止工作,其高压侧微机综合保护装置动作、跳闸。

  实际上,制氧机组配套氮透A/B油泵、氧透A/B油泵、UPS供电电源均进行了自动切换,氧透油站、空压机油站的排烟机亦停止了工作,只是由于供电系统虽为双电源供电、控制电路不具备备自投功能,但生产设备在DCS上却具备自动切投功能,这些回路的失电未对整个制氧机运行造成大的影响。

  10000Nm3/h制氧机配置了两台S9-1600/6型(1600KVA 6KV/0.4KV、)配电变压器,为制氧机组各回路(含照明系统)提供低压电,图一为10000Nm3/h制氧机1#配电变压器供电框图,2#配电变压器供电与1#配电变压器类似(2#6KV电源来自动力114K路),整套机组的高、低压电源均设有母联柜,母联柜正常运行时是断开的、分列运行;异常、检修时,高压或低压电源可以在线并倒,任何一路高压或低压电源都可以承担全部的运行负荷。

  图一中,QF1为1#配电变压器高压侧断路器,该断路器配微机综保装置;QF2为1#配电变压器低压侧断路器,QF3为1#电加热器低压断路器,QF2、QF3均为ABB低压断路器。从框图中可以看到,每一回路都配置了断路器,1#电加热器发生短路故障时越过2级低压断路器、引起1#配电变压器高压侧断路器跳闸,这是很不正常的。

  由于越级跳闸,1#配电变压器的高、低侧同时经历了大短路电流的冲击,影响到1#配电变压器的安全,本例中,1#配电变压器低压侧的直流电阻就由于这次冲击后检测到直阻已超标(5个月前已周检过合格),1#配电变压器被迫抽芯检修。为了避免这一现象的再次出现,组织相关了技术人员对其进行了认真分析、整改。

  QF1配微机综合保护装置为长沙华能DMP-310B2型,过流整定值为6.7A/5S,速断整定值为30A/0S,电流互感器的变比为150/5。调出跳闸时综保上的记录,显示为速断跳闸,速断电流值为32A,微机综合保护装置动作是正确的。此时,变压器高压侧相当承受了32×150/5=960A的短路电流、低压侧相当承受了960×2309/154≈14394A短路电流(1#配电变压器的额定电流为154A/2309A)。

  该脱扣器由电流互感器供电,其主要功能有:操作时不需要辅助外部电源;中性线保护自动设定到相线%;保护功能可组成两个方式,即:反时限长延时的过载保护方式(LS)、反时限短延时保护方式(LI),表一为SACE AR1模拟固态可调电流脱扣器保护功能与设定值表;可单一及同时调节三根相线和在中线上的定值;有很宽的脱开电流和时间设定值;脱扣特性不受环境影响。

  查看QF2、QF3的电流脱扣保护功能与设定值情况,两者均为出厂设定值,即LI:I=1×In ,t1=INT;LS:I=10×In、t2=0.3S。QF3→QF2→QF1综保,相当构成了一套低压电网的保护系统,表二为QF3→QF2→QF1综保--电流保护参数设定表。

  从表二中可能看到,QF2、QF3的反时限短延时电流均大于QF1的速断电流,违背了QF1电流QF2电流QF3电流上下级匹配的原则,本次越级跳闸是必然的,QF1、QF2、QF3三级断路器保护参数值整定是不匹配的。

  10000Nm3/h制氧机组共配置了2台电加热器用于分子筛的再生活化(一开一备),由TG-3-320晶闸管交流调功柜控制,电加热装置由固定组及调功组组成,其中固定组由DCS程序控制;调功组在固定组工作后自动投用,根据电加热器出口温度自动控制。表三为电加热器工艺参数表。

  从表三可以看到电热管分成了三组。电热管的供电为三相四线VAC给电加热管供电。电加热器是制氧装置中功率最大的低压用电设备,本次越级跳闸就是由于加热管运行中短路造成。拆开电加热器检查,发现固定组有7支加热管的引线炸断(单支电加热管的功率为8KW,单支的短路电流不至于太大)。查看电加热管的接线,发现较为混乱,在空间不大的地方,上百根引线交叉,部分引线的瓷套管脱落、不全、污垢较多,这样,一旦单根加热器引线短路,很可能引起电加热器装置供电系统的相—中、相—相、相—地短路,造成更大的短路故障。

  QF1微机综合保护装置的定值是主机厂设计提供的,因此将综保的参数作为基准。由于电加热器是主要的低压用电设备,QF2参数暂不调整,仅对QF3参数进行调整。电加热管为电阻性负载,电流与电压相同,无冲击电流。

  电加热器固定组、调功组满负荷工作的电流为940A,因此将QF3参数调整为:LI:I=0.6×In ,t1=INT;LS:I=4×In、t2=0.15S,即反时限长延时电流设定为960A,反时限短延时电流设定为6400A。

  三相四线电进入空间不大的电加热器,电加热管的数量达78支,引线根,有序、安全是整理的基础。为此:一是将电加热管的中线走加热管的下端,相线走加热管的上端,不会出现相-相短路,也不会出现由于引线造成的相-中短路,同时,由于中线在下部,离电加热器的外壳近,即使与外壳短路亦不会造成事故;二是将清洁引线的瓷保护套管,补充引线的瓷保护套管,使瓷保护套管在引线上均匀排布,增大空气绝缘保护;三是引入一股干燥的氮气,吹扫电加热器上部引线,保持加热器上部相对干燥避免氧化。

  天气潮温,电加热管引线混乱,单根电加热管的引线短路引起的弧光,造成多根电加热管引线同时短路,继而引起较大电流,至使后面保护装置动作;又由于各级保护参数设置不合理、不匹配,造成越级跳闸。

  通过本次事故,反映工程调试人员对综合保护装置的整定是比较重视的,但对断路器的参数设置未引起关注,也反映维护人员工作存在缺陷。细小的不足,可能引起大的事故,在此特将本次事故向同行作上介绍,希望能给同行一定借鉴。

  (编自《电气技术》,原文标题为“一电加热器引起的故障分析及处理”,作者为万洪文、林汉东。)

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