（中石化管道储油有限公司南京输油处生产技术科 江苏南京 210046）
摘要：通过某站进站阀门电动执行机构突然自行关闭造成输油管道水击的事故分析，指出阀门电动执行机构在没有接收任何指令信号的前提下自行误动作的原因，经过对自行误动作问题的分析、调研，制定了有效的防范措施，确保阀门电动装置的安全可靠运行。
关键词：电动执行机构；阀门；关闭；原因；措施
目前，长输油气管道生产运营中的阀门大多采用电动执行机构来完成阀门的控制和调节，尤其是长输管道中关键部位的阀门均采用电动执行机构来实现远程控制。阀门电动执行机构能否可靠平稳运行，直接影响输油生产的安全，甚至可能造成较大的经济损失和生产事故，因此，分析和检测阀门电动执行机构故障原因，并采取有效的防范措施，杜绝事故隐患，减少经济损失，消除对输油生产的威胁，为此，以某输油站的关键部位的阀门电动执行机构故障为例进行分析与探讨。
一、电动执行机构故障概况
2014年11月12日，鲁宁线某输油站运行方式是旁接油罐流程，三台输油泵机组串联运行，出战运行压力达2.7MPa。3时59分，站控值班人员突然听到报警声，发现管道泄漏检测系统曲线突然上升，立即打电话询问上、下站调度，均无操作。随后去泵房、阀室检查，发现三台输油泵憋压的声音很大，瞬间，三台输油泵相继甩泵。查看站控机上的SCADA控制系统，发现出站阀9#阀由绿色（正常运行）变为黄色（故障报警），并闪烁，专业技术人员及值班长立即到9#阀现场检查，发现9#电动阀失电，查看低压室开关柜，发现9#阀塑料外壳式断路器处于跳闸状态，送电后，发现9#阀电动执行机构的操作面板上开度显示为零。并对现场9#阀状态进行了仔细检查，现场有焦糊味，电机外壳滚烫，初步判断为9#阀电动执行机构在无人操作的前提下自动关闭，致使三台输油泵机组相继跳泵，造成系统压力波动，现场确认电动执行机构电机烧毁。
二、现场处置情况
专业技术人员及和电动执行机构厂家技术人员到达现场后，对9#阀执行机构进行了解体检测，发现电动执行机构的电机烧毁，确认阀门执行机构的电机线圈击穿、烧毁，阀门执行机构的控制系统没有检测出异常情况，现场开、关及远程就地切换正常，现场检查了阀门本体及齿轮传动箱，未见异常。厂家技术人员将9#阀电动执行机构的电机和执行机构的控制系统按同等规格型号进行更换，并对9#阀电动执行机构开关限位、扭矩等运行参数进行调试，均符合使用要求，恢复了输油生产。因现场条件有限，无法对故障执行机构的控制系统做进一步的测试，将控制系统带回电动执行机构厂里进行全面系统的检测。
三、查找原因
目前管道储运公司阀门电动装置多采用智能型电动执行机构，其结构主要由电气控制部分、蜗轮减速传动装置、电机驱动部分、机械输出部分（直行程、角行程减速齿轮箱）组成。其中执行机构的动作都是由控制部分接受指令，而实现阀门的开关，控制部分包括主板、电源板、位置编码器、电子力矩传感器、正反转接触器、电子控制、保护和监视软件包及I/O板。正常情况下，执行机构接收到开关的指令，通过控制部分启动电机及传动机构，来实现阀门的开关，故障发生后，相关部门立即赶往现场，对故障原因进行了分析，对现场的监控录像、站控系统的操作记录、巡检记录、电气控制系统的记录进行了反复查看。阀门关闭时，无人在现场操作，站控室也相关无操作记录，通过站控系统及压力曲线图查看，9#阀门异常关闭时，管道泄漏检测系统曲线在突然上升，出站压力最高达3.996MPa，由于压力超高，超过顺序停泵值（3.9MPa），三停运行的输油机组相继跳泵。从停泵过程看，仪表控制系统、电气系统都处于正常工作状态。
1、人为操作因素
通过反复调看站控室、阀室、输油泵房监控录像及站控系统的操作记录、巡检记录，9#阀异常关闭时，无人在现场操作，电动执行机构的操作旋钮置于断开位置，站控系统也无登录和操作记录，排除人为操作阀门的可能性。
2、对控制器进行检测
电动执行机构型号：SND-Z500T-18BS，出厂编号：82774。
生产日期：2008年7月。
控制器程序版本号：3.6700F40.
PLC型号：TP400-PLC-A，编号：0805900360.
人机界面型号：TP400-D-3，编号：0805800431。
关向行程限位设置值：46674，开向行程限位设置值：52940.
远控方式为：自保持ESD设置：保持原位
其他参数设置为出厂默认值。通过检测，控制器外观正常，电气接线和导线正常。
将该控制器安装在SND-Z电动执行机构上，未改动控制器内部参数设置，按照产品标准和规范对控制器进行测试，发现控制器功能完整、运行正常。
表1 电装控制器主要性能参数测试结果
检测参考的标准和规范：GB/T28270-2012《智能型阀门电动装置》，0CD•688•075《SND系列智能型电动执行机构试验大纲》，0CD•649•058《SND-Z系列电动执行机构电气控制部分检验规范》。测试工具：万用表：FLUKE17B；示波器：TektronixTDS1002；
现场检测各执行机构未见异常
3、对执行机构的电机进行检测
阀门电动执行机构的电机多采用低惯量马达（电动机），用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。
经检测电机线圈电阻分别为：2.1Ω、2.6Ω、1.5Ω。热保护开关：断开。电机是由于堵转而烧坏，现场也有烧焦的气味。
智能型电动执行机构出现电机烧毁的现象及少发生，除了电机过热保护外（一个热感元件埋设在电机内部，防止电机过热），该电动执行机构设置了相位自动保护和修正：保证正确的开，关方向。电气控制系统实时监视三相电源，如电源缺相可发出报警，并终止电机运行。如阀门卡塞：执行机构自动的实行向前/向后动作，排除阀门的卡塞。瞬时的逆转保护：在电机正反转之间，选用适当的延时，以减少电机电流波动并延长接点寿命，执行机构设置了两种控制状态保护方式，你可以使用电气箱盖上的机械锁具将执行机构锁定在远控、或现场、或断开状态，以免误操作。也可进入执行机构的密码设置菜单进行密码设置。还有力矩及超扭矩保护，力矩开关可在额定力矩40%-100%范围内设定，在开阀、关阀时，如果力矩超出设定值，执行机构将自动停止运行，根据实际情况，开阀方向可设定加强力矩。只有在所有保护都失效的情况下，电机才容易出现烧毁现象。
4、检查线路板
通过仔细检查集成线路板，各元器件及焊点正常，但在交流接触器的驱动电路上发现了一个极小的金属屑，由此判断：电动执行机构误动作的原因是金属屑掉落于控制系统的交流接触器的驱动电路上，短接了驱动电路，造成执行机构自动关闭。
（图五）金属屑掉落于驱动电路上
（图六）金属屑长度2-3毫米
在机构自动关闭后，站控操作系统收到了全关到位信号和故障信号。
四、出现故障的原因分析
1、金属屑掉落于交流接触器的驱动电路上，短接了驱动电路。
由于电路板上元器件间距极小，金属屑的两端分别搭接在在线路板上靠的很近的元器件，就会造成执行机构自动关。由于这是出现在输出电路上，当执行机构运行到全关位置后，执行机构的控制系统检测到关限位、关过力矩、机械故障和电机过热信号都会发命令停止关闭，但是这时金属屑将交流接触器的驱动电路一直处于驱动运行状态，无法切断电机电源，几分钟后电机就会因为堵转而烧毁。由于这时执行机构的控制系统并没有停止运行，所以还能输出全关和故障信号，站控机的控制系统也能收到信号。
2、由于出站阀门都是在管线的高压区间运行，管线震动很大，致使阀门的振动相对比较大，执行机构内的线路板之间的距离间距很小，没有任何隔离防护措施，除了执行机构内的金属屑掉落外，还易造成焊锡受热脱落，同样会产生执行机构自行动作的可能。
3、元器件老化。控制器内部集成了大量电子元器件，虽然也采取了很多检测和保护措施，但电子元器件有一定的使用寿命限制，不排除个别元器件老化后引起控制器故障。
4、信号干扰。强的电磁场、电源电压或频率剧烈波动、三相严重不平衡等可能会造成控制器故障。
五、解决对策
1、在线路板上加涂一层三防胶，涂后，可以保护线路板，即使有杂物掉落在线路板上也不会造成短路和误动作，从根源上杜绝了此类事故的发生。
2、在电路上增加功能安全电路，当执行机构的控制系统出现异常时（如当机），通过功能安全电路封锁交流接触器的驱动输出，从而保证执行机构不误动作。
3、给执行机构增加运行联锁输入接点，在执行机构接到信号指令前要通过联锁输入进行确认，排除干扰或错误指令信号，确保一些关键位置的重要阀门不被误操作。
4、规范电动执行机构接地极的安装，将执行机构的接地线（不小于25平方毫米）接入接地网，对雷击、强电流、强磁场干扰能瞬间释放，保护电动执行机构正常工作。
六、结论
通过对进出站等关键部位的阀门执行机构采取以上措施，有效的保证了阀门执行机构的可靠运行，没有发生类似的故障，随着市场需求扩大，管道公司输量不断增加，在设备管理上还将面临新的挑战，对阀门执行机构的维保也提出新的要求。
1、加强对阀门及电动执行机构的维护保养，除对机械部位进行保养外，还要同时对电气部分进行功能检测，防止元器件老化及损坏。
2、不需远控操作的阀门，电动执行机构上的控制旋钮都置于断开位置，岗位人员巡检时，要将检查控制旋钮位置作为巡检内容。
3、各站要熟悉关键阀门异常动作时，站控及现场可能会出现的异常现象，及应采取的措施，同时要制定预案。
4、建议能对阀门执行进行定期检查、更换易损和老化部件，特别处于关键部位的设备，出厂时间超过3~5年，更应加强定期检查和维护，确保产品正常运行。
5、尽量将电动执行机构安装在远离大型用电设备和大功率变频器（以及类似设备）的地方，并且尽量避免执行机构电源与他们取自同一电源，以减少大型用电设备和大功率变频器工作时对电动执行机构的干扰。如果不可避免上述情况，请务必加强抗干扰措施，如可靠接地、加装滤波器、加装电抗器、易被干扰设备使用稳压电源、使用屏蔽电缆、不同设备导线分槽布线等，排除干扰信号，确保执行机构接受到稳定的信号。
参考文献
[1]GB/T24922-2010隔爆型阀门电动装置技术条件.
[2]Q/SHGD0077-2014电动执行机构操作与维护保养规程.
作者简介
崔林，男，本科，工程师。
论文作者:崔林
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/26
标签：执行机构论文; 阀门论文; 电机论文; 控制系统论文; 接触器论文; 操作论文; 故障论文; 《电力设备》2017年第28期论文;