CN103763876B - 多功能正压防爆控制拼接柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能正压防爆控制拼接柜，包括依次拼接的柜体单元，同时在每个柜体单元内均安装有一套正压防爆控制器、手动排气阀、自动排气阀、以及压差开关和传感器组；压差开关，包括400Pa高压压差开关、150Pa中压压差开关和70Pa低压压差开关；传感器组包括H₂S气体传感器、可燃气体传感器和烟雾传感器；柜体单元之间的侧板上开有过线孔。本发明装置能够根据需要自由拼接柜体，实现柜体的升级和扩展，使得柜体成本得到降低，同时柜体采用正压防爆方式，保证了正压系统稳定可靠运行，满足在钻井作业中危险区使用。

Description

多功能正压防爆控制拼接柜

技术领域

本发明属于石油钻探危险区安全防护技术领域，具体涉及一种多功能正压防爆控制拼接柜。

背景技术

目前石油钻机自动化程度逐步提高，应用大量的控制器实现了钻井设备的智能控制，为此需要大量的柜体用来安装各类控制站、变频器等电气设备。由于石油钻井作业长期处于防爆型气体环境中，各种电气元件工作时极易产生火花引发爆炸，是潜在的安全隐患。

目前的防爆柜体使用的一般都是增安型和隔爆型外壳的柜体，整个柜体外壳比较厚，很笨重，成本比较高，对于需要多个柜体的场合，柜间通讯和走信号线比较麻烦，需要配备大量格兰和插接件，工作量很大，调试和维护不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能正压防爆控制拼接柜，解决了增安型和隔爆型柜体拼柜难，成本高，接线和维护不便的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种多功能正压防爆控制拼接柜，包括依次拼接的柜体单元，同时在每个柜体单元内均安装有一套正压防爆控制器、手动排气阀、自动排气阀、以及压差开关和传感器组。

本发明的多功能正压防爆控制拼接柜，其特征还在于：

压差开关，包括400Pa高压压差开关、150Pa中压压差开关和70Pa低压压差开关。

传感器组包括H₂S气体传感器、可燃气体传感器和烟雾传感器。

柜体单元之间的侧板上开有过线孔。

正压防爆控制器的电路结构是，

包括交流接触器(KM1)，交流接触器(KM1)输入端与外接电源连接，交流接触器(KM1)并联有旁路交流接触器(KM2)，交流接触器(KM1)输出端通过熔断器(FU1)与单相直流电源连接，单相直流电源的V+输出端为24V直流电压输出端，单相直流电源的V-输出端为0V直流电压输出端；

单相直流电源的V+输出端与旁路控制开关(SA1)连接，旁路接通指示(HA1)、常闭继电器(KB1)线圈、旁路交流接触器(KM2)线圈、柜一旁路进气电磁阀(PPL1)到柜四旁路进气电磁阀(PPL4)并联后与旁路控制开关(SA1)串联，旁路接通指示(HA1)、常闭继电器(KB1)线圈、旁路交流接触器(KM2)线圈、柜一旁路进气电磁阀(PPL1)到柜四旁路进气电磁阀(PPL4)的负极同时与单相直流电源的V-输出端连接；

单相直流电源的V+输出端与常闭继电器(KB1)连接，常闭继电器(KB1)的输出端同时与主隔离栅、副隔离栅分别连接，主隔离栅输出端分别与高压压差开关和中压压差开关连接，副隔离栅输出端与低压压差开关连接，主隔离栅、副隔离栅的负极同时接回单相直流电源的V-输出端；

主隔离栅的输入端分别设置有继电器线圈(K1)和继电器线圈(K2)；副隔离栅的输入端设置有继电器线圈(K3)；继电器线圈(K1)并联有二极管(D1)，继电器线圈(K2)并联有二极管(D2)，继电器线圈(K3)并联有二极管(D3)；所述的(K1)、(K2)、(K3)均为同一个继电器；

常闭继电器(KB1)的输出端与正压系统上电指示(HL1)连接；

常闭继电器(KB1)的输出端通过并联的正压系统启动按钮(SB1)和时间继电器(KT1)触点与正压系统关闭按钮(SB2)连接，正压系统关闭按钮(SB2)与70Pa压力监测用继电器(K3)连接，70Pa压力监测用继电器(K3)再同时与连接时间继电器(KT1)和换气开始指示(HL2)连接；

常闭继电器(KB1)的输出端通过连接时间继电器(KT1)触点与换气结束用继电器(KA1)连接；

常闭继电器(KB1)的输出端通过并联的换气结束用继电器(KA1)触点和控制系统送电用继电器(KA2)后与正压系统关闭按钮(SB2)触点连接，正压系统关闭按钮(SB2)触点再分别与控制系统送电用继电器(KA2)和控制系统工作指示(HL3)连接；正压系统关闭按钮(SB2)触点还通过并联的70Pa压力监测用继电器(K3)和70Pa压力保护用继电器(KA3)触点后与70Pa压力保护用继电器(KA3)连接；正压系统关闭按钮(SB2)触点还通过150Pa压力监测用继电器(K2)后分别与低于150Pa低压指示(HL4)、柜一进气电磁阀(PL1)到柜四进气电磁阀(PL4)同时连接；正压系统关闭按钮(SB2)触点还通过400Pa压力监测用继电器(K1)后分别与高于400Pa高压指示(HL5)、柜一排气电磁阀(PH1)到柜四排气电磁阀(PH4)同时连接；

常闭继电器(KB1)的输出端还依次通过控制系统送电用继电器(KA2)触点、70Pa压力保护用继电器(KA3)触点、70Pa压力监测用继电器(K3)触点后与并联的允许合闸信号用继电器(KA4)和继电器(KM1)连接。

本发明的有益效果是：具有压力和气体检测及泄压自动补偿功能，正压防爆控制拼接柜根据需要可以自由拼接柜体，实现柜体的升级和扩展。同时，由于系统配备了压力检测单元、气体检测单元和泄压自动补偿控制单元，实现了柜体的正压环境的实时监控，保障了正压防爆系统可靠运行，满足在危险区使用。由于多个标准柜体拼接形成一个整体柜，柜间的走线通过过线孔即可实现，省去了大量格兰和插接件配置，使得柜体成本得到降低。

附图说明

图1是本发明多功能正压防爆控制拼接柜实施例的结构示意图；

图2是本发明多功能正压防爆控制拼接柜实施例的侧视示意图；

图3是本发明的多功能正压防爆控制拼接柜实施例的外形示意图；

图4是本发明的多功能正压防爆控制拼接柜实施例的内部电路结构(原理)示意图。

图中，1.交流接触器(KM1)，2.熔断器(FU1)，3.单相直流电源，4.高压压差开关，5.主隔离栅，6.中压压差开关，7.低压压差开关，8.副隔离栅，9.旁路交流接触器(KM2)，10.常闭继电器(KB1)，11.旁路控制开关(SA1)，12.旁路接通指示(HA1)，13.正压系统启动按钮(SB1)，14.正压系统关闭按钮(SB2)，15.70Pa压力监测用继电器(K3)；16.正压系统上电指示(HL1)，17.时间继电器(KT1)，18.换气开始指示(HL2)，19.换气结束用继电器(KA1)，20.控制系统送电用继电器(KA2)，21.控制系统工作指示(HL3)，22.70Pa压力保护用继电器(KA3)，23.150Pa压力监测用继电器(K2)，24.低于150Pa低压指示(HL4)，25.柜一进气电磁阀(PL1)，26.柜四进气电磁阀(PL4)，27.400Pa压力监测用继电器(K1)，28.高于400Pa高压指示(HL5)，29.柜一排气电磁阀(PH1)，30.柜四排气电磁阀(PH4)，31.允许合闸信号用继电器(KA4)，32.柜一旁路进气电磁阀(PPL1)，33.柜四旁路进气电磁阀(PPL4)，34.手动排气阀，35.自动排气阀，36.柜体单元，37.过线孔，38.正压防爆控制器。

另外，1P1、2P1、3P1、4P1分别表示对应四个柜体中的400Pa压差开关信号；1P2、2P2、3P2、4P2分别表示对应四个柜体中的150Pa压差开关信号；1P3、2P3、3P3、4P3分别表示对应四个柜体中的70Pa压差开关信号。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明的正压防爆控制拼接柜，图1中实施例给出了三组依次拼接的柜体单元36，每个柜体单元36中均设置有手动排气阀34和自动排气阀35，在实际使用中根据需要扩展为多组柜体单元36。

参照图2，为了便于实现各个柜体单元36之间的通讯，在每个柜体单元36的侧板上开有过线孔37，通过过线孔37实现相邻柜体单元36之间的电缆走线，省去了大量的格兰或插接件；过线孔37另配有堵板，当柜体单元36靠外一侧没有拼接柜体时，该个过线孔37设置有带密封的堵板，进行封堵，既美观又满足正压防爆要求。

同时在每个柜体单元36内均安装有一套正压防爆控制器38、手动排气阀34、自动排气阀35以及压差开关和传感器组，传感器组用于实时监测各个柜体单元36内的环境状况，把信号送至正压防爆控制器38，达到实时监测的目的，保障了正压柜体的正压环境。自动排气阀35和手动排气阀34均为标准件，安装在图1所示的安装板上，用于给正压腔排气。

压差开关就是在一个柜内安装的三个用于测试不同压力的压差开关，如图4中的400Pa高压压差开关4、150Pa中压压差开关6和70Pa低压压差开关7；传感器组包括H₂S气体传感器、可燃气体传感器和烟雾传感器，这些传感器为柜内控制站提供采集的信号。

参照图3，正压防爆控制器38采用隔爆型箱体结构，箱体的腔体为密封腔，负责为整套拼接柜体换气和保压，实现自动控制、自动检测、低压断电保护等功能，在箱体主面板上安装有多个指示灯及开关按钮，包括旁路控制开关11(SA1)、正压系统启动按钮13(SB1)和正压系统关闭按钮14(SB2)，另外还设置有旁路接通指示12(HA1)、正压系统上电指示16(HL1)、换气开始指示18(HL2)、控制系统工作指示21(HL3)、低于150Pa低压指示24(HL4)、高于400Pa高压指示28(HL5)，在箱体侧板设置有各个相应的接线插口。

参照图4，为正压防爆控制器38的电路结构示意图，图中的柜二进气电磁阀和柜三进气电磁阀与柜一旁路进气电磁阀(PPL1)和柜四旁路进气电磁阀(PPL4)结构一致，连接方式相同，在图4中均省略；(图中重复部件代号为同一个部件，是继电器，在各类电气图均这么标示，属于标准画法)，

包括交流接触器1(KM1)，交流接触器1(KM1)输入端与外接电源连接，交流接触器1(KM1)并联有旁路交流接触器9(KM2)，交流接触器1(KM1)输出端通过熔断器2(FU1)与单相直流电源3连接，单相直流电源3的V+输出端为24V直流电压输出端，单相直流电源3的V-输出端为0V直流电压输出端(回路端)；

单相直流电源3的V+输出端与旁路控制开关11(SA1)连接，旁路接通指示12(HA1)、常闭继电器10(KB1)线圈、旁路交流接触器9(KM2)线圈、柜一旁路进气电磁阀(PPL1)32到柜四旁路进气电磁阀33(PPL4)并联后与旁路控制开关11(SA1)串联，旁路接通指示12(HA1)、常闭继电器10(KB1)线圈、旁路交流接触器9(KM2)线圈、柜一旁路进气电磁阀(PPL1)32到柜四旁路进气电磁阀33(PPL4)的负极同时与单相直流电源3的V-输出端连接；

单相直流电源3的V+输出端与常闭继电器10(KB1)连接，常闭继电器10(KB1)的输出端同时与主隔离栅5、副隔离栅8分别连接，主隔离栅5输出端分别与高压压差开关4和中压压差开关6连接，副隔离栅8输出端与低压压差开关7连接，主隔离栅5、副隔离栅8的负极同时接回单相直流电源3的V-输出端；

主隔离栅5的输入端分别设置有继电器线圈K1和继电器线圈K2；副隔离栅8的输入端设置有继电器线圈K3；继电器线圈K1并联有二极管D1，继电器线圈K2并联有二极管D2，继电器线圈K3并联有二极管D3；图中的K1、K2、K3均为同一个继电器。(在各类电气图均这么标示，属于标准画法，因为继电器包括线圈侧和开关侧，这两侧均用相同的符号表示)，图中的D1、D2和D3分别为二极管，所对应的K1、K2和K3均为继电器线圈，继电器线圈K1并联二极管D1属于标准电路(各类电路设计均可采用)，D1的作用是保护继电器线圈K1，防止开通到关断瞬间产生瞬间高电压而损坏继电器线圈K1，继电器线圈K2并联二极管D2，继电器线圈K3并联二极管D3，也是同理；

常闭继电器10(KB1)的输出端与正压系统上电指示16(HL1)连接；

常闭继电器10(KB1)的输出端通过并联的正压系统启动按钮13(SB1)和时间继电器17(KT1)触点与正压系统关闭按钮14(SB2)连接，正压系统关闭按钮14(SB2)与70Pa压力监测用继电器15(K3)连接，70Pa压力监测用继电器15(K3)再同时与连接时间继电器17(KT1)和换气开始指示18(HL2)连接；

常闭继电器10(KB1)的输出端通过连接时间继电器17(KT1)触点与换气结束用继电器19(KA1)连接；

常闭继电器10(KB1)的输出端通过并联的换气结束用继电器19(KA1)触点和控制系统送电用继电器20(KA2)后与正压系统关闭按钮14(SB2)触点连接，正压系统关闭按钮14(SB2)触点再分别与控制系统送电用继电器20(KA2)和控制系统工作指示21(HL3)连接；正压系统关闭按钮14(SB2)触点还通过并联的70Pa压力监测用继电器15(K3)和70Pa压力保护用继电器22(KA3)触点后与70Pa压力保护用继电器22(KA3)连接；正压系统关闭按钮14(SB2)触点还通过150Pa压力监测用继电器23(K2)后分别与低于150Pa低压指示24(HL4)、柜一进气电磁阀25(PL1)到柜四进气电磁阀26(PL4)同时连接；正压系统关闭按钮14(SB2)触点还通过400Pa压力监测用继电器27(K1)后分别与高于400Pa高压指示28(HL5)、柜一排气电磁阀29(PH1)到柜四排气电磁阀30(PH4)同时连接；

常闭继电器10(KB1)的输出端还依次通过控制系统送电用继电器20(KA2)触点、70Pa压力保护用继电器22(KA3)触点、70Pa压力监测用继电器15(K3)触点后与并联的允许合闸信号用继电器31(KA4)和继电器(KM1)连接。

交流接触器1(KM1)和旁路交流接触器9(KM2)用于把380V、50Hz交流电送入系统，单相直流电源3输入端通过熔断器2(FU1)加以保护从交流接触器1(KM1)和旁路交流接触器9(KM2)的输出端的交流母排上取电，单相直流电源3的V+输出端为24V直流电压输出端，单相直流电源3的V-输出端为0V直流电压输出端，所有的控制回路均从单相直流电源3的24V直流电压输出端取电，并与单相直流电源3的0V直流电压输出端形成回路，实现所有的控制逻辑。

上述的正压防爆控制器38的控制方式分为两种模式，一种是正常工作模式，一种为旁路应急模式，以下分别说明：

1)正常工作模式时，当总电源得电，通过熔断器2(FU1)把220V交流电送至单相直流电源3，单相直流电源3转换为24V直流电源进行输出给正压控制系统，正压系统上电指示16(HL1)点亮，按下正压系统启动按钮13(SB1)，由于柜体正压腔现在为常压，副隔离栅8输出接通，故70P_a压力监测用继电器15(K3)接通，时间继电器17(KT1)得电，开始计时，换气开始指示18(HL2)也同时点亮。此时时间继电器17(KT1)的常闭触点处于打开状态，常开触点处于闭合状态，从而旁路掉正压系统启动按钮13(SB1)。但在未达到设定值时，时间继电器17(KT1)的延时接通触点不动作。当换气结束，时间继电器17(KT1)的延时触点闭合，换气结束用继电器19(KA1)得电，对应常开触点闭合，使得控制系统送电用继电器20(KA2)得电，对应常开触点闭合，常闭触点断开，旁路掉换气结束用继电器19(KA1)的触点，切断时间继电器(KT1)17供电，此时控制系统工作指示21(HL3)点亮。当低压压差开关7检测到腔体正压值大于70Pa时，副隔离栅8输出断开，则70Pa压力监测用继电器15(K3)失电，对应常闭触点闭合，70Pa压力保护用继电器22(KA3)得电，对应常开触点闭合，旁路掉70Pa压力监测用继电器15(K3)触点，允许合闸信号用继电器31(KA4)得电，给出允许合闸信号给监控系统，同时交流接触器1(KM1)线圈得电闭合，给系统送电；当低压压差开关7检测到腔体正压值低于70Pa时，70Pa压力监测用继电器15(K3)得电，对应常闭触点打开，交流接触器1(KM1)线圈无法得电，系统发出跳闸信号，若要解除，需要按正压系统关闭按钮14(SB2)退出，并重新换气。

在系统工作过程中，当中压压差开关6检测到腔体压力高于70Pa但还低于150Pa时，主隔离栅5不工作，150Pa压力监测用继电器23(K2)不得电，常闭触点处于闭合状态，低于150Pa低压指示24(HL4)点亮，同时各个腔体内的柜一进气电磁阀25(PL1)到柜四进气电磁阀26(PL4)均打开，开始给系统补充正压气；当中压压差开关6检测到腔体压力高于150Pa但还低于400Pa时，主隔离栅5对应输出接通，150Pa压力监测用继电器23(K2)得电，常闭触点处于打开状态，低于150Pa低压指示24(HL4)熄灭，同时各个腔体内的柜一进气电磁阀25(PL1)到柜四进气电磁阀26(PL4)均关闭，停止给系统补充正压气，系统处于保压状态；当高压压差开关4检测到腔体压力高于400Pa时，主隔离栅5对应输出接通，400Pa压力监测用继电器27(K1)得电，常开触点闭合，高于400Pa高压指示28(HL5)点亮，柜一排气电磁阀29(PH1)到柜四排气电磁阀30(PH4)均打开，开始给腔体释放气体，只有当高压压差开关4检测到腔体压力低于了400Pa，主隔离栅5对应输出断开，400Pa压力监测用继电器27(K1)才失电，高于400Pa高压指示28(HL5)熄灭，柜一排气电磁阀29(PH1)到柜四排气电磁阀30(PH4)均关闭，系统处于保压状态。

2)旁路应急模式，打开旁路控制开关11(SA1)，当总电源得电，通过熔断器2(FU1)把220V交流电送至单相直流电源3，转换为24V直流电源输出给控制系统，常闭继电器10(KB1)线圈得电，常闭触点打开，正压控制系统电源被切断，旁路接通指示12(HA1)同时点亮，旁路交流接触器9(KM2)闭合，给实现了旁路系统送电，此时柜一旁路进气电磁阀32(PPL1)到柜四旁路进气电磁阀33(PPL4)进气电磁阀得电，一直给正压腔供正压气，当超压时，从自动排气阀排气，由于应急模式没有了压力检测和自动保压控制系统，所以一般应用于调试阶段和正常模式故障或损坏阶段，保证系统的正常使用，不影响生产。

总体来说，本正压防爆控制拼接柜，满足石油钻机危险区柜体的使用要求，易于扩展和升级。正压控制系统实现了两种工作模式，两种模式可以互为备用，避免了因一种模式故障或损坏而影响生产，提高了系统的可靠性。正常工作模式，实现了闭环控制，可实时监测腔体的压力，并有失压保护等安全措施，柜体内由于安装了用于检测气体、烟雾的传感器，做到了实时对腔体进行危险气体的探测，送柜体内的控制器，实现安全提示和报警，保证了系统安全稳定的运行。

Claims (1)

1.一种多功能正压防爆控制拼接柜，其特征在于：包括依次拼接的柜体单元(36)，同时在每个柜体单元(36)内均安装有一套正压防爆控制器(38)、手动排气阀(34)、自动排气阀(35)、以及压差开关和传感器组；

所述的压差开关，包括400Pa高压压差开关(4)、150Pa中压压差开关(6)和70Pa低压压差开关(7)；所述的传感器组包括H₂S气体传感器、可燃气体传感器和烟雾传感器；所述的柜体单元(36)之间的侧板上开有过线孔(37)；

所述的正压防爆控制器(38)的电路结构是，

包括交流接触器KM1，交流接触器KM1输入端与外接电源连接，交流接触器KM1并联有旁路交流接触器KM2，交流接触器KM1输出端通过熔断器FU1与单相直流电源(3)连接，单相直流电源(3)的V+输出端为24V直流电压输出端，单相直流电源(3)的V-输出端为0V直流电压输出端；

单相直流电源(3)的V+输出端与旁路控制开关SA1连接，旁路接通指示HA1、常闭继电器KB1的线圈、旁路交流接触器KM2的线圈、柜一旁路进气电磁阀PPL1到柜四旁路进气电磁阀PPL4并联后与旁路控制开关SA1串联，旁路接通指示HA1、常闭继电器KB1的线圈、旁路交流接触器KM2的线圈、柜一旁路进气电磁阀PPL1到柜四旁路进气电磁阀PPL4的负极同时与单相直流电源(3)的V-输出端连接；

单相直流电源(3)的V+输出端与常闭继电器KB1连接，常闭继电器KB1的输出端同时与主隔离栅(5)、副隔离栅(8)分别连接，主隔离栅(5)输出端分别与高压压差开关(4)和中压压差开关(6)连接，副隔离栅(8)输出端与低压压差开关(7)连接，主隔离栅(5)、副隔离栅(8)的负极同时接回单相直流电源(3)的V-输出端；

主隔离栅(5)的输入端分别设置有400Pa压力监测用继电器K1的线圈和150Pa压力监测用继电器K2的线圈；副隔离栅(8)的输入端设置有70Pa压力监测用继电器K3的线圈；400Pa压力监测用继电器K1的线圈并联有二极管D1，150Pa压力监测用继电器K2的线圈并联有二极管D2，70Pa压力监测用继电器K3的线圈并联有二极管D3；

常闭继电器KB1的输出端与正压系统上电指示HL1连接；

常闭继电器KB1的输出端通过并联的正压系统启动按钮SB1和时间继电器KT1的触点与正压系统关闭按钮SB2连接，正压系统关闭按钮SB2与70Pa压力监测用继电器K3连接，70Pa压力监测用继电器K3再同时与时间继电器KT1和换气开始指示HL2连接；

常闭继电器KB1的输出端通过时间继电器KT1的触点与换气结束用继电器KA1连接；

常闭继电器KB1的输出端通过并联的换气结束用继电器KA1的触点和控制系统送电用继电器KA2的触点后与正压系统关闭按钮SB2的触点连接，正压系统关闭按钮SB2的触点再分别与控制系统送电用继电器KA2和控制系统工作指示HL3连接；正压系统关闭按钮SB2的触点还通过并联的70Pa压力监测用继电器K3和70Pa压力保护用继电器KA3的触点后与70Pa压力保护用继电器KA3连接；正压系统关闭按钮SB2的触点还通过150Pa压力监测用继电器K2后分别与低于150Pa低压指示HL4、柜一进气电磁阀PL1到柜四进气电磁阀PL4同时连接；正压系统关闭按钮SB2的触点还通过400Pa压力监测用继电器K1后分别与高于400Pa高压指示HL5、柜一排气电磁阀PH1到柜四排气电磁阀PH4同时连接；

常闭继电器KB1的输出端还依次通过控制系统送电用继电器KA2的触点、70Pa压力保护用继电器KA3的触点、70Pa压力监测用继电器K3的触点后与并联的允许合闸信号用继电器KA4的线圈和交流接触器KM1的线圈连接。