K G PS中頻電源檢查與調(diào)試

賀長安，何莉莉，薛亮，何屾

（四川省核工業(yè)輻射測試防護(hù)院，成都610061）

1 引言

某放射性固體廢物處理設(shè)施設(shè)置了兩臺中頻感應(yīng)爐用于低放射性污染金屬熔煉去污作業(yè)，其配備的KGPS中頻電源主要是為熔煉爐的爐體部分提供符合運(yùn)行要求的中頻交流電，使?fàn)t體內(nèi)低放射性金屬廢物在電磁感應(yīng)作用下加熱熔化。為保證中頻爐能夠安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，確保熔煉去污工作順利完成以及現(xiàn)場工作人員的安全，在熔爐運(yùn)行前須對電源部分進(jìn)行檢查調(diào)試。

2 中頻電源組成、工作原理

中頻電源型號為KGPS-1000/0.5s，額定功率1000kW，頻率500Hz，由整流電路、逆變電路、濾波電抗器、爐體及控制電路組成，采用水冷方式對爐體進(jìn)行冷卻[1]。如圖1所示，三相全控橋式整流電路（V1-V6）將輸入工頻交流電整流為直流電，經(jīng)電抗器Ld濾波后，成為一個恒定的直流電送往并聯(lián)型逆變電路（V7-V10），把直流電流逆變成頻率為500Hz中頻電流提供給感應(yīng)線圈L，在線圈內(nèi)通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生的熱量使?fàn)t體內(nèi)的低放射性金屬廢物金屬R熔化。感應(yīng)線圈為感性負(fù)載會產(chǎn)生大量無功功率，電容器C為電路提供無功補(bǔ)償[2]。

圖1 中頻電源主電路

整流電路為三相全控橋式整流，電源的功率設(shè)定以及調(diào)節(jié)都是通過對整流橋可控硅晶閘管的控制角的控制來實(shí)現(xiàn)（根據(jù)公式 Ud=2.34UCosα）[3]，Ud是整流輸出電壓，α是整流可控硅晶閘管的控制角，U是輸入電壓。從公式可知，在輸入電壓一定情況下，通過調(diào)整可控硅晶閘管控制角就可以調(diào)整輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)對功率的調(diào)整。逆變電路中的兩對起逆作用的可控硅晶閘管交替開通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)了直流電與交流中頻電的轉(zhuǎn)換。

中頻電源工作可靠性取決于控制電路對主電路控制可靠與否，控制電路集成制作于一塊PCB板上產(chǎn)生一定幅度、一定寬度的觸發(fā)脈沖使整流及逆變可控硅晶閘管導(dǎo)通，通過調(diào)整整流電壓高低，實(shí)現(xiàn)輸出功率調(diào)節(jié)。在檢修后以及每次啟爐運(yùn)行前都應(yīng)對主電路及控制觸發(fā)電路進(jìn)行檢查，確保電氣元件完好、觸發(fā)電路能發(fā)出使主電路正確導(dǎo)通和關(guān)斷的觸發(fā)信號，以保證電路安全正常工作。

3 檢查與調(diào)試步驟與方法

根據(jù)電源組成對主電路和控制電路進(jìn)行檢查調(diào)試，調(diào)試用儀器：一臺20MHz雙蹤示波器、萬用表、兆歐表、耐壓250V的燈泡4只及其他電工器具。

3.1 主電路電氣檢查

首先應(yīng)對主電路電氣元件進(jìn)行檢查，確認(rèn)相關(guān)元器件處于完好狀態(tài)下再對控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，電氣元器件檢查項(xiàng)目如表1所示。除檢查元器件是否完好，還應(yīng)檢查控制柜與電氣線路的絕緣是否符合要求，檢查各類控制按鈕動作是否靈活、檢查熔斷器情況、檢查電路及爐體冷卻水是否滿足要求，電氣連接線路是否有開線，尤其是不要把三條電纜線以捆綁的形式靠在機(jī)殼上，這樣容易損失電能。

表1 中頻電源電氣檢查項(xiàng)

3.2 控制電路調(diào)試

在完成上述檢查并確認(rèn)電路所有的電氣元器件完好后，對控制電路進(jìn)行檢查調(diào)試。

3.2.1 整流調(diào)試

整流電路觸發(fā)形式可分為單脈沖觸發(fā)和雙脈沖觸發(fā)，KGPS-1000/0.5s中頻電源采用雙脈沖數(shù)字集成雙脈沖觸發(fā)，調(diào)試前把平波電抗器的一端斷開使逆變電路不能工作、送上電源二次冷卻水、控制電路送電、觀察控制柜內(nèi)PCB板上的指示燈顯示，有無缺相、冷卻水壓不足情況。

①脈沖檢查

KGPS-1000/0.5s使用可控硅進(jìn)行整流，如果沒有觸發(fā)脈沖，或者觸發(fā)脈沖電壓不滿足可控硅要求時，就可能造成可控硅不導(dǎo)通，整流電路不工作。對整流觸發(fā)電路進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容見表2。

表2 觸發(fā)脈沖檢查內(nèi)容

檢查時，中頻電源主回路開關(guān)不工作，斷開PCB主控板上6號逆變觸發(fā)引腳連接線，使在整流調(diào)試時逆變不能工作，將功率調(diào)節(jié)旋鈕左旋到底零位（控制角調(diào)為0），控制電路送電。

示波器置于內(nèi)同步，選擇雙通道檢測，示波器CH1探頭用于測量進(jìn)線電壓，將CH1探頭選擇為×10檔，與PCB板上A相測試點(diǎn)、公共點(diǎn)N上測得電壓。CH2探頭用于測量可控硅晶閘管觸發(fā)信號，CH2探頭選擇×1檔，將探頭連接在整流管V1的脈沖放大電路G和K上，然后將功率旋鈕右旋到底觀察觸發(fā)脈沖移相范圍，正常情況下檢查到的波形如圖2所示。所示電壓波形如不正常調(diào)節(jié)PCB主控板上限壓、限流電位器或檢查線路是否有誤接。同理檢查B、C相脈沖，用示波器的一個探頭逐個依次檢測六個控硅晶閘管，如果每相觸發(fā)脈沖不在60度時，調(diào)節(jié)PCB板上的脈沖調(diào)節(jié)電位器。

圖2 整流觸發(fā)電路波形

②整流輸出的檢查

工頻三相電流經(jīng)整流后輸出應(yīng)為直流電流，斷開整流電路與逆變電路之間的連接銅排、使主控板逆變觸發(fā)不工作，如圖3所示在整流輸出接上電阻性負(fù)載（電燈泡）。

圖3 整流電路接電阻性負(fù)載

將功率旋鈕左旋到頭，啟動主電路和控制電路，觀察控制柜上直流電壓表指示是否為零（即整流可控硅晶閘管控制角α=90度），然后緩慢勻速順時針旋轉(zhuǎn)功率調(diào)節(jié)旋鈕，示波器探頭連接在燈泡兩端，觀察整流輸出電壓波形，應(yīng)顯示為平滑的脈動直流電壓波形，不應(yīng)該有缺波的現(xiàn)象。同時直流電壓表指針由零平穩(wěn)上升到最高直流電壓（即整流輸出直流電壓Ud=1.35Ucosα,E為相電壓的有效值）?？刂平铅?0度時，輸出電壓為最高，燈泡的明亮發(fā)生變化，說明整流輸出電壓正常。

3.2.2 逆變調(diào)試

在完成整流部分調(diào)試后，拆下燈泡，將整流電路與逆變電路以及逆變觸發(fā)電路接上，開始檢查調(diào)試逆變電路。

同整流電路一樣，逆變電路可控硅的導(dǎo)通也需要在其控制極施加觸發(fā)信號，如圖4所示逆變觸發(fā)控制信號取自負(fù)載端，采用集成電路產(chǎn)生觸發(fā)信號，位于PCB印制電路板上。

圖4 逆變觸發(fā)電路

逆變管導(dǎo)通和關(guān)斷是通過逆變觸發(fā)角來控制，逆變觸發(fā)角出現(xiàn)得早，會使中頻電壓過高損壞電氣元件，出現(xiàn)太晚，會因逆變器換相而導(dǎo)致逆變管短路。對逆變電路進(jìn)行檢查時主電路不送電，連接上PCB主控板上逆變觸發(fā)連接線，控制電路送電，將PCB板上逆變觸發(fā)電路中的它激檢測開關(guān)置于檢測觸發(fā)脈沖位置，啟動控制柜上“逆變啟動”，將示波器的探頭分別接在逆變可控硅的控制極和公共點(diǎn)，觀察逆變觸發(fā)脈沖波形，波形如圖5所示，脈沖幅度應(yīng)在4V以上，脈沖寬度50～100μS。

圖5 逆變觸發(fā)脈沖波形

3.3 啟動電路

完成上述檢查調(diào)試后，合上主電路開關(guān)，緩慢旋轉(zhuǎn)功率調(diào)節(jié)電位器，進(jìn)行試啟動，觀察直流電壓表、電流表和中頻電壓變化情況。調(diào)節(jié)使直流輸出電壓為200～450V之間任一電壓不動，10～20s后，裝置產(chǎn)生中頻噓叫聲，中頻電壓表有相應(yīng)指示，中頻電壓與直流電壓讀數(shù)之比為1.3～1.5，則逆變起動成功如果直流電流表超過100A時仍未聽見中頻嘯叫聲，應(yīng)立即將功率調(diào)節(jié)電位器調(diào)至零位，將逆變重新啟動。

在調(diào)試中如發(fā)現(xiàn)整流、逆變觸發(fā)脈沖正常而電路無法啟動，可能的原因是可控硅晶閘管損壞或是補(bǔ)償電容被擊穿，需檢查并更換損壞電氣元件；如氣件完好而整流和逆變無觸發(fā)脈沖，說明主控板損壞，將備用PCB主控板換上，新?lián)Q上的控制板仍然需要經(jīng)過上述調(diào)試檢查才能進(jìn)行工作。

4 結(jié)語

通過對中頻電源的檢查和調(diào)試，可以有效發(fā)現(xiàn)和減少影響安全運(yùn)行的隱患，使輸出的電流滿足熔爐運(yùn)行的需要?？傊{(diào)試和檢查是保證KGPS中頻電源可靠運(yùn)行的重要手段，可以有效確保中頻爐運(yùn)行期間的電氣安全。