核電站SIR控制柜變頻器故障維修探討

楊徽 黃偉

摘 ? 要：某核電站化學(xué)試劑注射系統(tǒng)（SIR）控制柜采用ACS355變頻器，運行過程中多次出現(xiàn)上位機(jī)啟動變頻器以后，變頻器實際已啟動，而上位機(jī)顯示停運。維修人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)變頻器內(nèi)部反饋觸點被擊穿損壞。本文根據(jù)SIR控制柜的運行和維護(hù)情況，針對其變頻器反饋觸點損壞的故障進(jìn)行了分析，提出了維修改進(jìn)方案，經(jīng)驗證可以有效地改進(jìn)缺陷，提高變頻器的可靠性和安全性。

關(guān)鍵詞：SIR控制柜 ?變頻器 ?反饋觸點 ?維修改進(jìn)

中圖分類號：TN77 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0034-02

變頻器是變頻技術(shù)的重要核心，其是經(jīng)由對供電頻率的轉(zhuǎn)換，以達(dá)成電動機(jī)運轉(zhuǎn)速度的自動調(diào)節(jié)，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能減排的目的[1]。并且，變頻器還有助于減少電力線路電壓波動，在零頻零壓時有序啟動，如此一來，可有效消除電壓下降，充分發(fā)揮優(yōu)勢，解決因為電網(wǎng)電壓不穩(wěn)而影響電氣設(shè)備運行的問題。變頻器在實際運行時往往會引發(fā)各式各樣的故障，在處理這些常見故障時首先要明確故障引發(fā)原因，然后有針對性地采取有效的維修對策，以確保變頻器的有序運行。

ACS355變頻器是一種用來控制異步交流感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)的機(jī)械類變頻器，可以安裝到墻上或者柜體中[3]。這款經(jīng)濟(jì)劃算的多功能變頻器具備出色的連接功能，并且變頻器的安裝與調(diào)試簡單易行，節(jié)省時間。它主要有如下優(yōu)點：（1）針對機(jī)柜安裝優(yōu)化設(shè)計，有效節(jié)省空間和安裝時間;（2）提供多種現(xiàn)場總線適配器，提高連接靈活性;（3）具備矢量控制功能，可用于驅(qū)動異步電機(jī)和永磁電機(jī);（4）簡單直觀的順序編程，實現(xiàn)獨立的、可重復(fù)的操作工序。

某核電站機(jī)組的SIR控制柜采用ACS355系列變頻器。ACS355系列變頻主要通過設(shè)置內(nèi)部參數(shù)用于控制下游交流電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)控制SIR系統(tǒng)加藥量目的。

根據(jù)三相電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式：

n=60fp ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速;

f為電機(jī)定子側(cè)供電頻率50Hz;

p為電機(jī)極對數(shù)。

在異步電動機(jī)的極對數(shù)不變情況下，只要改變電源頻率f，就可以實現(xiàn)對異步電動機(jī)的調(diào)速。變頻器就是通過此原理達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

1 ?SIR系統(tǒng)概述

核電站二回路加藥系統(tǒng)（SIR）負(fù)責(zé)為凝結(jié)水和給水添加氨和聯(lián)氨，保持二回路系統(tǒng)水化學(xué)參數(shù)在合理范圍內(nèi)，以保養(yǎng)蒸汽發(fā)生器;為常規(guī)島和核島閉式冷卻水系統(tǒng)添加緩蝕劑，保持系統(tǒng)的pH值，防止系統(tǒng)腐蝕。二回路加藥系統(tǒng)承擔(dān)著核電廠二回路水質(zhì)調(diào)節(jié)、核島和常規(guī)島閉冷水系統(tǒng)防腐及蒸汽發(fā)生器保養(yǎng)的重要職責(zé)，調(diào)試的質(zhì)量直接關(guān)系到核電廠的安全穩(wěn)定運行。三代核電AP1000機(jī)組對二回路水質(zhì)的控制比常規(guī)核電機(jī)組更加嚴(yán)格。AP1000核電機(jī)組二回路系統(tǒng)一般通過控制pH值和溶解氧含量來減少系統(tǒng)以及設(shè)備的腐蝕[2]。

2 ?SIR控制柜變頻器故障的分析與處理

2.1 故障描述

某核電廠機(jī)組MP廠房二回路化學(xué)試劑加藥系統(tǒng)SIR控制柜內(nèi)的ACS355系列變頻器，運行過程中多次出現(xiàn)上位機(jī)啟動變頻器以后，變頻器實際已啟動，而上位機(jī)顯示停運。維修人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)變頻器內(nèi)部反饋觸點被擊穿損壞。

2.2 變頻器內(nèi)部反饋觸點損壞原因分析

經(jīng)過對變頻器電路的全面檢測排查，最終確定變頻器狀態(tài)反饋外串聯(lián)的直流線圈為故障原因點。如圖1所示，變頻器內(nèi)部反饋觸點為耐壓水平30VDC的PNP型直晶體管，反饋觸點直接連接的是24VDC直流線圈。根據(jù)歐姆定律公式：

UI=i×RI+（di/dt）/L ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

其中，UI為電感兩端電壓;

i為電感電流;

RI為電感的直流電阻;

L為電感量。

由于直流線圈是一個大電感元件，電流無法突變，當(dāng)線圈在斷電瞬間產(chǎn)生的高電壓易將變頻器內(nèi)部反饋觸點擊穿。通過模擬實驗錄波，發(fā)現(xiàn)斷電時的瞬間電壓高達(dá)50VDC，遠(yuǎn)高于反饋觸點的耐壓水平，如圖2所示。

2.3 故障的處理

確定故障原因后，通過技術(shù)分析，決定通過在變頻器電路中的直流線圈處并聯(lián)反向二極管，以達(dá)到防止直流線圈斷電瞬間產(chǎn)生過電壓的目的[4]。

對該處理措施進(jìn)行實驗，在變頻器直流線圈兩端增加反向二極管并錄入直流線圈兩端斷電后的瞬間電壓波形。經(jīng)過多次實驗后，實驗結(jié)果如圖3所示，表明斷電后瞬間不會產(chǎn)生過高電壓，改進(jìn)措施效果明顯，可起到有效保護(hù)變頻器內(nèi)部反饋觸點的作用。

根據(jù)該措施進(jìn)行實施方案的設(shè)計和編制，經(jīng)過維修技術(shù)部門審核論證批準(zhǔn)后，已在SIR機(jī)柜變頻器電路上進(jìn)行故障改進(jìn)措施的實施，達(dá)到了預(yù)期效果，有效地解決了變頻器內(nèi)部反饋觸點損壞的故障，提高了其可靠性和安全性。

3 ?結(jié)論

（1）ACS355變頻器作為核電站SIR系統(tǒng)控制柜的關(guān)鍵部件，盡管其功能強(qiáng)大，可靠性高，但如果不能根據(jù)具體使用場景“因地制宜”地做出配置上的改進(jìn)，也會造成變頻器損壞。

（2）本文通過在變頻器直流線圈兩端增加反向二極管的改進(jìn)，有效解決了其反饋觸點擊穿損壞的問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙華昌.淺談變頻器常見故障與維修[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（24）：134.

[2] 馬現(xiàn)奇.AP1000核電機(jī)組二回路系統(tǒng)加藥量計算[J].華電技術(shù)，2017，39（8）：21-23.

[3] ACS355變頻器用戶手冊[Z].

[4] 張淼，馮垛生.變頻器的應(yīng)用與維護(hù)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001.