浅谈镇巴CNG加气子站压缩机电气控制系统

浅谈镇巴CNG加气子站压缩机电气控制系统

(汉中市天然气投资发展有限公司 崔伟)

　　摘要：加气站设备管理人员的职责是保证站内设备正常运行并且做好日常维护保养，如何在设备出现故障时，迅速准确找到故障原因，并且快速排除故障保证设备正常运行，是每一位维修人员需尽快完成的任务。

　　【关键词】电气控制系统、元件及控制回路慨述、故障分析及检修方法

1、引言

在实际工作中，我们会遇见不同的电气故障问题，这种故障往往是随机的、多种多样的，作为设备管理人员，在遇到故障时能及时准确找到故障原因，合理正确排除故障点，这对提高劳动生产率，减少经济损失和安全生产具有很大作用。下面我结合在压缩机调试过程中遇到的电气故障出发，谈谈（型号为中石化汉江三机DW-0.28(30-200)-250）天然气压缩机电气控制系统的主要元件及其控制原理，供相关人员参考。

2、压缩机电气控制柜主要原件

2.1 PLC(可编程序控制器)

(1)可编程序控制器简称PLC，是一种专门为在工业环境当中进行的应用而设计的数字电子运算系统，它以微处理机为其基础、综合了自动控制技术、通信技术和计算机技术等现代科技发展起来的一种新型的工业自控控制装置。

(2)本站压缩机电气控制系统采用西门子S7-200可编程控制器对其进行集中控制。该系统通过编写相应的控制程序对压缩机设备进行启动、停车、连锁、报警等，并对现场各种压力、温度信号进行采集分析运算，对外部控制信号快速、准确地响应，当有监测信号超出设定值范围时，PLC通过运算分析后会进行相应的报警控制输出（使设备断电），并作用于报警装置（报警灯或喇叭）使设备停止工作，PLC会对压缩机进行实时检测监控，如发生故障PLC会给出故障信息，待故障解除后系统才会恢复工作，从而实现对压缩机安全运行智能化及控制精度的要求。

2.2 软启动器

(1) 软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载 节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

(2) 交流电动机在全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的4-7倍，当电机的容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压的急剧下降，影响同电网其它设备的正常运行。使用软起动时，起动电流一般为额定电流的2-3倍，电网电压波动率一般在10%以内，对其它设备的影响非常小。

(3)本机组为压缩机主电机（额定功率75KW）配备型号为施耐德ATS48系列软启动，它不仅能降低启动电流，减少配电容量，还对电动机起过流、过载、缺相、逆序、欠压、过压等保护作用。

2.3 热继电器

(1)热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。它主要有发热元件、感受元件和触电组成。发热元件接在主电路中，触电接在控制电路中。当电动机过载电流达到其额定电流1.4倍时，主电路中的发热元件通过感受元件使接在控制电路中的动断（常闭）触点断开，因而接触器线圈断电，使电动机主电路断开，从而起到过载保护作用。

(2)压缩机电气控制柜一共配备6个热继电器，分别作用于：

－FR1保护主电机用；

－FR2保护冷却风扇电机用；

－FR3保护润滑油电机用；

－FR4保护注油器电机用；

－FR5保护水泵电机用；

－FR12保护空压机用（预留）。

2.4 中间继电器

(1)中间继电器用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量，它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小，所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。

(2)压缩机电气控制柜一共配备17个中间继电器，分别作用是：

－KA20为软启动旁路运行中继，－KA1为主电机启动控制中继，－KA1A为软启动故障中继，－KA1B为主电机运行指示中继，－KA2为冷却风扇电机控制中继，－KA3为润滑油泵电机控制中继，－KA4为注油器电机控制中继，－KA5为水泵电机控制中继，－KA6为轴流风机控制中继，－KA7为润滑油加热控制中继－，KA8为注油器加热及机组伴热控制中继，－KA9为空压机控制中继（预留），－KA10为故障光报警指示中继，－KA21为一级缸进气阀控制中继，－KA22为二级缸进气阀控制，－KA23为一级排污阀控制中继，－KA24为二级排污阀控制中继。

2.5断路器（总电源开关）

(1)断路器的功能有：断路保护、短路保护、过流保护；是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。

(2)压缩机总电源断路器（－QF1）型号为施耐德COMPACT NSX-250 额定电流200A，电源由场站箱变低压配电柜引入，作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行，当下游电气设备发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，保护下游电气元件不被烧坏。

2.8 其他

控制柜内的其他元件还有：隔离变压器、24V电源、快速熔断器（保险）、控制按钮、指示灯、电流互感器、电压（电流）表等。压缩机撬内的主要电器元件有电磁阀、压力变送器、温度传感器、可燃气体探测器等，它们共同组成对压缩机的自动化控制系统，在这里就不一一细说。

3、压缩机主要控制电路工作原理

3.1 主电机启动控制

主电机电路由低压断路器－QF1，软启动器及软启动器旁路交流接触器－KM1，中间继电器－KA1，中间继电器－KA20构成，需要主电机启动，必须让中间继电器－KA1得电，也就是说让中间继电器－KA20得电的条件。自动待机情况时，系统自动检测润滑油温度，当润滑油温度低于10℃（可调），PLC发出信号中间继电器－KA7得电，－KA7常开触点吸合，交流接触器KM7吸合，润滑油加热器开始加热，直到加热至18℃（可调），－KA7失电，－KM7断开，加热器停止加热。

(1) 启动：当系统检测符合启机条件时（油压，油温，仪表风压力，管网压力，进气压力等），按下启动按钮－SB1,PLC根据程序设定，压缩机作开启准备，依次为：中间继电器－KA3得电，－KA3常开触点吸合，交流接触器－KM3得电吸合，润滑油泵电机启动，并返回信号至CPU2L-0.3; 中间继电器－KA4得电，－KA4常开触点吸合，交流接触器－KM4得电吸合，注油器启动，并返回信号至CPU2L-0.4; 中间继电器－KA5得电，－KA5常开触点吸合，交流接触器－KM5得电吸合，水泵电机启动，并返回信号至CPU2L-0.5;中间继电器－K23，－K24得电，－K23，－K24常开触点吸合，一，二级排污电磁阀打开，并返回信号至CPU3L-1.3/1.4。此时，中间继电器－KA1得电，软启动启动，软启动器按照设定程序，给出旁路输出信号到CPU输入端，中间继电器－KA20得电，交流接触器－KM1得电吸合，主电机启动.以上顺序启动条件如果任何一个前面条件出现不满足时（比如CPU检测到其对应输出端出现的停止、复位、过载等），后面均不执行。主电机降压启动后10S后，当系统检测到管网压力在8MPA—18MPA之间时，中间继电器－KA21，－KA22同时得电，一级，二级缸进气阀同时开启，当检测管网压力在3MPA—8MPA之间时，只有中间继电器－KA21得电，一级缸进气阀开启。主电机启动后30S后，中间继电器－KA2得电常开触点吸合，交流接触器－KM2得电吸合，冷却风扇启动。最后PLC给信号中间继电器－K23，－K24失电，一，二级排污阀关闭，至此压缩机启动完毕开始运转。系统进入正常运转后，PLC设计自动排污周期，会定时开启和关闭一，二级排污电磁阀。

(2) 停机：当系统检测到工艺系统压力达到设定的最大参数时，或者手动按动主令停止按钮时，首先－KA21、 －KA22失电，一、二级进气缸电磁阀关闭，10S后，－KA20失电，主电机停止，－KA23，－KA24得电，一、二级排污阀开启，－KA5失电水泵电机停止，－KA4失电注油器泵停止，－KA3失电润滑油泵停止10S后,KA2失电，冷却风扇停止，最后－KA23、－KA24失电，一、二级排污阀关闭，系统进入停机状态。

(3) 故障停机：当系统在运行过程中检测到如压力，温度过载、燃气泄漏超标等故障，系统通过输出模块给出控制信号，停止运行并通过显示屏给出相应故障信息，并同时给出声光报警灯提示，故障排除后，需复位系统方可再次启动。

3.2 冷却风扇电机电路

冷却风扇电机电路由主电路及控制电路构成，其主电路由断路器－QF2、交流接触器－KM2、热继电器－FR2及冷却风扇电机－M2组成，其控制电路由中间继电器－KA2、交流接触器－KM2、CPU输出端子、热继电器常开触点－FR2组成。

3.3 润滑油泵电机电路

主电路：断路器－QF3、交流接触器－KM3、热继电器－FR3、注油器电机－M3。

控制回路：中间继电器－KA3、交友接触器－KM3、CPU输出端子、热继电器常开触点－FR3。

3.4 注油器电机电路

主电路：断路器－QF4、交流接触器－KM4、热继电器－FR4、注油器电机－M4。

控制回路：中间继电器－KA4、交友接触器－KM4、CPU输出端子、热继电器常开触点－FR4。

3.5 水泵电机电路

主电路：断路器－QF5、交流接触器－KM5、热继电器－FR5、水泵电机－M5。

控制回路：中间继电器－KA5、交友接触器－KM5、CPU输出端子、热继电器常开触点－FR5。

3.6轴流风机电机电路

主电路：断路器－QF6、交流接触器－KM6、轴流风机电机－M6。

控制回路：中间继电器－KA6、交流接触器－KM6、CPU输出端子。

3.7 机组润滑油加热器电路

主电路：断路器－QF7、交流接触器－KM7、加热器－E1。

控制回路：中间继电器－KA7、交流接触器－KM7、CPU输出端子。

4、压缩机调试过程中存在的问题及

解决办法

2014年12月16日，镇巴分公司开始对场站压缩机设备进行带电调试。检查完现场设备后，合上总电源断路器－QF1，结果－QF1立即跳闸【QF1是新一代塑壳断路器Compact NSX，集全面的电能管理于极致保护。NSX继承了NS的所有技术特长，并且超越NS内置双芯互感器，可以实现电力参数的精准测量，更加精确的电子脱扣技术】。

通过对－QF1分析，－QF1内部控制欠压线圈没有电流通过构成回路，因此，－QF1不能合闸自锁。检查欠压线圈控制回路，欠压线圈接点编号0102有电压，－FU速熔保险管完好，初步断定有以下几种可能：

两个两地－SEM急停按钮没有复位或者接触不良。

或者两个－SEM急停按钮间线路不通。

解决办法：排除法

①将万用表档位开关打到电阻通路档位，检测控制柜和撬装设备两个－SEM急停按钮复位常闭触点是否导通，如果导通说明按钮没有问题，不导通就说明常闭触点氧化或内部有灰尘。需要清理灰尘并打磨触点或者更换。

②按撬装设备－SEM急停按钮，使急停按钮常闭触点处于断开位置，通电检测急停按钮两端【导线编号0101到CO1】是否有220V电压存在，有电压说明控制电源线路完好。如果没有电压，表明控制电源导线断线。

③通过检测，我们发现撬装设备-SEM急停按钮常闭触点按下后未复位。随即将按钮复位并用万用表测量按钮两端通路，确认导通后通电试验，合闸－QF1，断路器－QF1不再跳闸，故障排除。

总电源开启后分别开启其他二级断路器，PLC开启、系统进入自检状态。随即声光报警器报警，显示器显示故障信息为软启动故障，检查软启动显示器上信号代码：“rdy”为启动器没有运行命令且通电，这是在调试模式下的正常报警，初步判断软启动器暂无故障。

下来准备给压缩机撬内所有电机及所带机械设备作单机启动调试，在PLC触摸屏上手动开启各个电机时发现PLC显示屏无任何反馈信号显示，所有中间继电器常开触点未吸合，所有交流接触器也不能吸合，电机均无任何反应。查看电气系统图纸进行排查、电气一次主回路正常带电，初步判断为二次控制电路出现问题。

　　主电机运行的条件

压缩机主电机为什么不能手动单独通电启动，通过分析设备工作原理，压缩机主电机手动启动时需要具备的条件，需先要启动润滑油泵电机、注油器电机及水泵电机后，才能正常启动主电机。这是PLC程序设定的，也是对压缩机机械设备的一种保护。

5、总结　

CNG压缩机工作系统是一个典型的机电一体化工程，我们要掌握机械与电气控制的关系，要做到四懂三会，在实际工作中及时发现并排除各类故障，这样才能保证CNG压缩机正常运行。

参考文献

[1] 焦峰,浅谈电气故障排除{M},北京电力高等专科学校学报<自然科学版>,2010年10期

[2] 阚玉兰、赵桂玲PLC控制系统在汽车加气站压缩机上的应用《控制技术》，2013年06期

[3] 郭春波，电器控制系统故障分析与检修方法研究，《电子世界》，2013年16期