串聯(lián)12脈整流裝置介紹及故障分析

劉 陽(yáng)，牛慧林，馬 寧，宋曉西，王彥達(dá)

（河北鋼鐵集團(tuán)沙河中關(guān)鐵礦有限公司，河北 邢臺(tái) 054100）

整流電路廣泛應(yīng)用于冶金、礦山等工業(yè)領(lǐng)域，它有6脈和12脈串聯(lián)和12脈并聯(lián)等多種應(yīng)用形式。礦山領(lǐng)域提升系統(tǒng)多選用六相△Y形串聯(lián)橋式整流電路。

1 串聯(lián)12脈系統(tǒng)組成

由于礦山主井提升系統(tǒng)電機(jī)功率較大，導(dǎo)致整流裝置功率進(jìn)一步增大，它所產(chǎn)生的諧波，無(wú)功功率等對(duì)電網(wǎng)的干擾也隨之增大。為了減少干擾，采用多重聯(lián)結(jié)可以減少交流側(cè)輸入電流諧波，而對(duì)晶閘管多重整流電路采用順序控制的方法可以提供功率因數(shù)，減輕干擾。

兩個(gè)6脈串聯(lián)，可以獲得12脈串聯(lián)電路，為了獲得12相波性，每個(gè)波頭應(yīng)該錯(cuò)開(kāi)30度，所以采取三繞組變壓器，次級(jí)的兩個(gè)繞組一個(gè)接成星形，另一個(gè)接成三角形，分別供給兩組三相橋。兩組整流橋串聯(lián)后接到負(fù)載。兩組整流橋輸出的電壓的相位彼此相差30度，因此電機(jī)負(fù)載的電壓等于兩個(gè)整流橋的電壓之和，兩個(gè)整流橋的電流相等。電氣圖見(jiàn)圖1。

圖1 12脈串聯(lián)整流電路

2 設(shè)備配置簡(jiǎn)介

以中關(guān)鐵礦為例，說(shuō)明設(shè)備選型情況，下圖2為傳動(dòng)系統(tǒng)配置圖。

高壓進(jìn)線(xiàn)系統(tǒng)采用的是10KV進(jìn)線(xiàn)電壓，當(dāng)斷路器合閘后，輸入到整流變壓器的一次側(cè)。經(jīng)過(guò)整流變壓器二次側(cè)變壓后，電壓為425V，兩臺(tái)變壓器的相位相差30度，分別為兩個(gè)整流模塊DCS800-S02-5200供電。

DCS800整流模塊額定的直流電流為5200A，最大過(guò)載的電流為7366A，可以滿(mǎn)足提升機(jī)正常的需求。

模塊的測(cè)速部件選用編碼器進(jìn)行測(cè)測(cè)速，6脈時(shí)候分別接入到各自模塊。當(dāng)采用12脈（2個(gè)模塊串聯(lián)工作方式）時(shí)，選用主變流器上的測(cè)速數(shù)值。

圖2 傳動(dòng)系統(tǒng)配置圖

OE1、OE2、OE3、OE4是隔離開(kāi)關(guān)，12脈串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，OE1和OE3隔離開(kāi)關(guān)吸合，OE2和OE4隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)狀態(tài)。這時(shí)候兩個(gè)直流模塊同時(shí)運(yùn)行；當(dāng)其中一個(gè)變流器有故障時(shí)，采取另外一個(gè)變流器工作的方式，那么相應(yīng)切換對(duì)應(yīng)的隔離開(kāi)關(guān)就可以，6脈運(yùn)行的方式是轉(zhuǎn)矩最大，但是速度是最大速度的一半。

勵(lì)磁部分選用單獨(dú)的勵(lì)磁單元。用的是DCS800，D1系列模塊，固定勵(lì)磁電流是307A。傳動(dòng)系統(tǒng)間的通訊方式采用DCSlink通訊方式。采用了SDCS-DSL-4的通訊板。 當(dāng)采用2個(gè)DCS800串聯(lián)時(shí)，勵(lì)磁模塊的控制由主變流器進(jìn)行控制，當(dāng)6脈時(shí)，分別由工作的變流器進(jìn)行控制。

2.1 整流變壓器選型

整流變壓器具有以下特點(diǎn)：①絕緣等級(jí)高：由于整流變壓器經(jīng)常通過(guò)大電流，而且波動(dòng)較快，啟停頻繁，因此整流變壓器絕緣等級(jí)高，才能充分保證設(shè)備可靠運(yùn)行。②機(jī)械強(qiáng)度高：整流變壓器具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，由于電流較大，電磁引起的振動(dòng)較大，因此在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到接卸強(qiáng)度。

選用1.Dyn11和Dd0變壓器各1臺(tái)容量為2300KVA。選用DYN11的意義是高壓側(cè)三角形接法，低壓側(cè)星型接法；低壓側(cè)中性點(diǎn)引出，同時(shí)高低壓差相位差30度，由于單相負(fù)載多；系統(tǒng)有較大的諧波存在，有消諧作用。Dd0變壓器是高壓側(cè)三角形接法，低壓側(cè)星型接法，高低壓側(cè)相位差0度。兩臺(tái)變壓器輸入為10KV，輸出為425伏的干式變壓器。

2.2 傳動(dòng)裝置選擇

傳動(dòng)裝置直流模塊選用ABB產(chǎn)品，型號(hào)為DCS800-S02-5200-05的模塊，參數(shù)：5200A，500V；勵(lì)磁模塊選用ABB產(chǎn)品，型號(hào)為DCS800-S02-0140-04的模塊，參數(shù)：140A，400V。

2.3 晶閘管的過(guò)電流保護(hù)

系統(tǒng)運(yùn)行有問(wèn)題時(shí)，大部分都是過(guò)電流情況引起的，針對(duì)過(guò)電流故障，可以采取不同的保護(hù)措施，其中采取快速熔斷器是比較常用的辦法。對(duì)于晶閘管開(kāi)始開(kāi)通時(shí)的引起的較大的電流，采取在晶閘管陽(yáng)極串入電感進(jìn)行抑制。如圖4所示。

圖4 晶閘管電流保護(hù)電路

2.4 晶閘管過(guò)電壓保護(hù)

系統(tǒng)中發(fā)生過(guò)電壓時(shí)，主要來(lái)自外部和內(nèi)部?jī)煞N情況，外部過(guò)電壓來(lái)自系統(tǒng)操作或者雷擊等惡劣天氣影響，內(nèi)部過(guò)電壓主要是來(lái)自裝置內(nèi)部元器件開(kāi)關(guān)的過(guò)程，如換向時(shí)和關(guān)斷時(shí)引起的過(guò)電壓，為避免系統(tǒng)過(guò)電壓，一般情況下在晶閘管兩端并聯(lián)RC電容，如圖5所示。

圖5 過(guò)電壓保護(hù)電路

3 傳動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析及處理辦法

系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)應(yīng)該了解設(shè)備故障現(xiàn)象，查看設(shè)備運(yùn)行記錄，同時(shí)準(zhǔn)備好圖紙資料和相關(guān)電氣工具如：萬(wàn)用表、示波器、螺絲刀、扳手等。

（1）可控硅故障：故障現(xiàn)象是提升設(shè)備無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)行，在啟動(dòng)過(guò)程中只能看到直流電流有數(shù)據(jù)顯示，變流器輸入的主電壓正常，但是輸出回路的直流電壓沒(méi)有指示。

故障分析與處理：這是一種最常見(jiàn)的故障現(xiàn)象，原因可能是，變流器輸出的脈沖可能有缺脈沖的情況，這時(shí)候，在變流器的輸出端，接上示波器進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)脈沖有問(wèn)題，缺少某個(gè)波頭，就要進(jìn)行處理。①檢查設(shè)備的母線(xiàn)和控制線(xiàn)是否有斷路、斷路或者接觸不良的情況；②檢查變流器可控硅，檢查熔斷器等，如果發(fā)現(xiàn)可控硅有問(wèn)題，要進(jìn)行更換。如果逆變可控硅擊穿需要更換可控硅。如果電容器擊穿需要除損壞的電容器極柱。還有就是在系統(tǒng)斷電的情況下，使用萬(wàn)用表測(cè)量各阻容回路的電阻值，查找開(kāi)路點(diǎn)或短路點(diǎn)。

（2）散熱片故障：故障現(xiàn)象是設(shè)備啟動(dòng)后，當(dāng)電流增大時(shí)，設(shè)備過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，有時(shí)候由于啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能將會(huì)燒壞可控硅元件。故障分析及處理：這種故障現(xiàn)象發(fā)生主要是電流過(guò)大造成，負(fù)載原因或者別變流器原因，如果是變流器原因，一般是由于變流器表面的散熱片損壞造成，由于散熱片損壞，造成溫升過(guò)高，致使保護(hù)動(dòng)作。

（3）變流器的脈沖觸發(fā)回路故障：在變流器運(yùn)行過(guò)程中，如果觸發(fā)脈沖突然丟失，將會(huì)造成變流器開(kāi)路，有可能燒壞可控硅元件。

故障分析與處理：這種故障一般是變流器觸發(fā)脈沖造成輸出電路開(kāi)路故障，可用示波器進(jìn)行檢查，也可用萬(wàn)用表進(jìn)行檢查，查找觸發(fā)板原因或者線(xiàn)路原因造成。

（4）變流器整流橋故障，設(shè)備啟動(dòng)后電壓難以升高，并且電抗器電抗器聲音較大，并且聲音比較發(fā)沉悶。故障分析及處理：這種故障大部分判斷為整流橋出現(xiàn)問(wèn)題，其主要原因是：整流可控硅開(kāi)路、擊穿、軟擊穿或電參數(shù)性能下降，用示波器觀(guān)察各整流可控硅的管壓降波形，需要將損壞的可控硅進(jìn)行更換。具體現(xiàn)象就是當(dāng)損壞的可控硅被擊穿時(shí)候，其管壓降波形為一條直線(xiàn)；軟擊穿時(shí)電壓升到一定時(shí)為一條直線(xiàn)，電參數(shù)下降時(shí)電壓升到一定值時(shí)波形發(fā)生變化。如果出現(xiàn)上述現(xiàn)象，直流電流就會(huì)出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，造成電抗器震動(dòng)。缺少一組整流觸發(fā)脈沖，用示波器分別檢查各路觸發(fā)脈沖，檢查出沒(méi)有脈沖的回路時(shí)，用倒推法確定故障位置，更換其損壞器件。當(dāng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，直流電壓的輸出波頭就會(huì)缺少一個(gè)波頭，造成電流斷流，產(chǎn)生此故障現(xiàn)象。

（5）可控硅安裝燒壞故障：可控硅在運(yùn)行時(shí)候，頻繁燒壞，當(dāng)更換新的后，立即燒壞。故障分析及處理：這是一種讓人比較頭疼，維修比較困難的故障現(xiàn)象?？煽毓璧膬r(jià)格比較昂貴，而燒壞可控硅卻讓人防不勝防，所以在維修這類(lèi)故障時(shí)要格外小心謹(jǐn)慎。我們?cè)诜治龉收?，介紹了一種燒壞可控硅的原因。除此之外，還有以下原因：可控硅在反相關(guān)斷時(shí)，承受反向電壓的瞬時(shí)毛刺電壓過(guò)高，電源的主電路中，瞬時(shí)反相毛刺電壓是靠阻容吸收電路來(lái)吸收的。如果吸收電路中電阻、電容開(kāi)路均會(huì)使瞬時(shí)反相毛刺電壓過(guò)高燒壞可控硅。在斷電的情況下用萬(wàn)用表測(cè)量吸收電阻阻值吸收電容容量，判斷是否阻容吸收回路出現(xiàn)故障。負(fù)載對(duì)地絕緣降低――負(fù)載回路的絕緣降低，引起負(fù)載對(duì)地間打火，干擾了脈沖的觸發(fā)時(shí)間或在可控硅兩端形成高壓，燒壞可控硅元件。

（6）變流器故障：輔助電壓故障：當(dāng)直流模塊運(yùn)行時(shí)，輔助電源電壓太低，需要檢查電源板子和控制板；電樞過(guò)流故障：需要檢查43組參數(shù)和20組參數(shù)設(shè)置情況，檢查電樞接線(xiàn)情況和CT設(shè)備的接線(xiàn)情況。電樞過(guò)壓故障，主要檢查電壓報(bào)警等級(jí)設(shè)置是否合理，參數(shù)組44是否合理，勵(lì)磁電流是否過(guò)高等，檢查主控板和檢測(cè)電壓信號(hào)板子的情況；直流模塊溫度過(guò)高故障：需要檢查直流模塊的門(mén)是否打開(kāi)，風(fēng)機(jī)的電源電壓是否正確，風(fēng)機(jī)的風(fēng)向，風(fēng)機(jī)的元件及風(fēng)機(jī)周邊環(huán)境的溫度。漏電流檢測(cè)故障，主要檢測(cè)電流互感器的好壞，以及接線(xiàn)方式等。電機(jī)溫度過(guò)高故障：等到電機(jī)冷卻下來(lái)，電機(jī)風(fēng)機(jī)將會(huì)持續(xù)運(yùn)行等到電機(jī)冷卻到溫度報(bào)警值以下，只要電機(jī)還很熱，不能復(fù)位故障，需要檢測(cè)風(fēng)機(jī)的電源、風(fēng)機(jī)元件、風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口和電纜等。

4 結(jié)論

串聯(lián)12脈整流裝置常應(yīng)用于大功率電器廠(chǎng)所，系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)諧波有抑制作用，并且能夠提高功率因數(shù)。整流裝置故障大多是晶閘管故障，需要對(duì)電氣圖紙了解，根據(jù)具體的故障現(xiàn)象，進(jìn)行處理。