李晓宇
（中海石油（中国）有限公司深圳分公司白云天然气作业公司，广东 深圳 518000）
引言在油气开采处理中，现场许多流体介质需要大量的泵类提供动力来源，因此海上平台低压配电系统中，负载为电机的低压抽屉占据大分部。海上平台属于高温高潮高盐分环境，现场电机受介质变动和环境影响，容易发生过载、过流、堵转、空载、三相不平衡现象，在没有上述保护功能情况下的长时间运转，电机极易产生烧毁，导致火灾事故。因此在石油化工行业中，电机在异常情况下的自动停止保护功能显得尤为重要。
通过对某海上天然气平台400 V 低压抽屉柜电机控制回路的分析，发现其在二次回路保护上的设计存在安全隐患，当抽屉里的马达保护器因某种原因失电（24 VDC）时，抽屉柜对电机的保护功能丧失后，电机仍然运转，不会自动停机。此时电机失去保护和监测，存在重大安全隐患。为了消除原有设计的缺陷，需要对400 V 低压抽屉柜二次回路进行改造，并加装24 V DC 保护继电器，实现24 VDC 保护电源失电时，电机能立即自动停机的功能。
1 海上石油平台低压抽屉开关柜介绍1.1 低压抽屉开关柜介绍某海上天然气平台400 V 配电系统通过低压母线槽与主变压器（6 300 V/400 V）低压侧连接，通过低压电缆与各类负荷连接。400 V 配电系统，由400 V 配电盘和马达控制中心组成，采用的是空气绝缘金属铠装柜，防护等级为IP23。低压开关柜的柜体主要包括进线柜、母联开关柜、马达控制柜和馈电单元[1]，各部分功能如下：
1）进线柜将变压器低压侧的400 V 电源输出至低压配电盘母排，对母排实行检测、故障报警和保护。
2）母联开关柜主要用于连接各段母排，根据操作要求和需要，起连接或隔离作用。
3）马达控制单元的功能是通过回路开关把电源送到电动机上，并对其线路进行检测和保护。
4）馈电单元主要为照明小功率变压器、配置启动装置的400 V 用电设备等供电。
1.2 抽屉柜电气原理介绍抽屉马达控制回路采用的是塑壳断路器+接触器+智能马达保护器（M101-P），可实现对电机的控制和保护功能，这些元件采用的是ABB 公司的产品，其电气原理图[2]如下（如下页图1 所示）。
抽屉内一次/二次回路上总共有4 种形式的电源，具体为：
1）主回路采用400VAC、3 相3 线、50Hz；
2）二次合/分闸控制回路电源，取自各抽屉内单独设置的变压器（400/110 V AC），即启/停控制回路和运转/停止指示灯，采用110 V、50 Hz；
3）二次回路跳闸、保护、测试控制电源，取自上游UPS，包括：盘柜测试位置（TEST 位）控制回路，采用UPS110 V AC、50 Hz；马达控制器采用24 V DC（UPS110 V AC/24 V DC 电源模块）。
马达保护器M101-P 时时采集三相电流，经过内部数据运算，可实现对电机的过流、空载、堵转、过载、缺相控制保护功能，并把数据通过Profibus 通讯电缆传输到PMS 电力负荷管理系统。
2 低压抽屉开关柜改造前存在的问题2.1 马达保护器的保护原理抽屉的控制模式有四种，分别是自动AUTO、手动MANU、PMS 和OFF。当马达保护器供电电源24 V DC正常时，选择AUTO/MANU/PMS 任一模式时，如果马达保护器检测到电机三相电流数据异常，经电气原理图（如下页图1 所示）分析，其上的X4：2 触点动作，使得中间继电器K4 线圈得电，K4 常闭触点NC 动作，自动切断二次控制回路，从而使得接触器KM1 线圈断电，引起接触器KM1 三个主触头断开，电机立即停机，达到保护电机的功能。
2.2 原有设计上存在的隐患如果恰巧遇到保护模块电源故障，比如24VDC电源保险损坏、保护电源线接触不良、上游电源模块UPS110VAC/24VDC 损坏、上游UPS110VAC 空开跳闸等，马达保护器就会失去24VDC 电源。经原理图图纸分析和现场实际测试都发现，当马达保护器失电时（此时抽屉柜保护功能已丧失），中间继电器K4 线圈一直不会有电（无论三相电流正常/异常），K4 的常闭触点NC 就会一直闭合，接触器KM1 的线圈不会断电，主回路接触器KM1 仍然吸合，电动机不会自动停机，依旧运转。马达保护器失电，会导致原有的过流、空载、堵转、过载、缺相保护功能全部失效。在缺少保护与监控的情况下，电机继续长时间运转，极易产生生产事故，存在重大安全隐患。
为了消除原有设计功能上的缺陷，需要对400 V低压抽屉柜二次回路进行改造，不论何种模式下，都要实现马达保护器24 VDC 电源失电时，电动机自动停机的保护。
3 低压抽屉开关柜改造的过程3.1 改造范围纳入改造范围的抽屉是全平台所有有此隐患的抽屉，包括主开关MCC 间LA 段、LB 段、LC 段、SPP 段；应急配电EMCC 间LE 段；生活楼正常配电间L 段及生活楼应急配电间E 段，共232 个低压开关抽屉柜。
3.2 改造方法对400 V 低压抽屉柜二次回路进行改造，由于涉及改造的抽屉数量较多，而且抽屉内部已有断路器、接触器等很多元器件，空间狭小，尤其是8E/2 型号的小抽屉所剩空间更小，不适合做大范围的改动。经过对原理图的分析和反复讨论，我们采用如下方案（如下页图2 所示）：
1）在马达保护器24 V DC 电源上加装了两个24 V DC 电源保护继电器K9、K10。
2）在二次回路上，在110 V AC 两根线上加入K9、K10 的常开触点NO。
3.3 现场施工改造确定好方案后，协调物料，进入改造阶段，具体消耗物料如下页表1 所示。为了保障改造的成功，每个抽屉的改造，改造完成后都进行如下步骤：
表1 低压抽屉柜改造 物料消耗清单
1）两人确认增改的线路，确保接线正确。
2）立即进行功能测试，在AUTO/MANU/PMS 三种模式下都能正常启停电动机。
3）立即进行功能测试，在AUTO/MANU/PMS 三种模式下，当马达保护器24 V DC 电源失电后，电动机都能自动停止运转。
4 低压抽屉开关柜改造后的效果通过上面的改造（见下页图3 中红色标记），不论选择何种模式下（AUTO/MANU/PMS）：
1）当24 V DC 保护电源正常时，保护继电器K9、K10 线圈得电动作，其NO 触点闭合，给二次控制回路供电110 V AC，才允许启动电动机；
2）当24 V DC 保护电源失电时，保护继电器K9、K10 线圈立即失电，其NO 触点立即断开，二次控制回路立即失电，接触器KM1 线圈立即失电，主回路的接触器KM1 主触点立即脱开，电动机立即断电，实现了24 VDC 保护电源失电时，电动机自动停机的功能。
5 结语经过为期29 d 的改造，某海上石油平台232 个400 V 低压抽屉柜全部进行了改造升级，在二次回路加装的保护继电器，保护电源得电后才允许启动电机，在保护电源失电时自动切断主回路电源，使电机立即自动停机，起到双重保护的作用。这种改造，实现了低压抽屉柜自我检测、自我切断、自我保护功能，提高了设备的本质安全。
石油化工行业是高风险行业，设备在异常情况下的自动停止保护功能非常重要。此次改造虽然原理简单，所花费用不高，但通过这次改造，弥补了原有设计上的缺陷，实现了24 V DC 保护电源失电时，抽屉柜保护功能丧失后，电动机立即自动停机的功能，大大增加了电机运转的可靠性，在技术上为安全生产提供保障。
