快速熔斷器溫度升高的原因分析

韓利軍

(1.內(nèi)蒙古君正化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏海 016000; 2.國(guó)能蒙西華瑞化工有限公司,內(nèi)蒙古 鄂托克旗 017000)

內(nèi)蒙古君正化工有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“內(nèi)蒙古君正化工”)整流器的額定電壓為550 V,額定電流為16 kA。采用的是一體化導(dǎo)電排環(huán)氧澆鑄的同相逆并聯(lián)技術(shù)，將整流臂和絕緣層一體化澆鑄成型，用高性能環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)包裹銅排、加強(qiáng)絕緣，用長(zhǎng)玻璃絲纖維提高整體強(qiáng)度，杜絕了橋臂的電磁振動(dòng)，優(yōu)化了整流器同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)的絕緣、振動(dòng)和防磁狀況。

隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，在巡檢過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)部分可控硅和快速熔斷器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“快熔”)的運(yùn)行溫度升高，個(gè)別快熔的內(nèi)部運(yùn)行溫度已經(jīng)達(dá)到100 ℃以上，給整流器的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了一定的影響?？煽毓璨扇‰p面散熱，一面是采用整流器閥側(cè)母線換熱，另一面采用可控硅散熱水套進(jìn)行換熱，故而可控硅的運(yùn)行溫度并不是很高。運(yùn)行負(fù)載電流較大，快熔采用的是一面水冷壁進(jìn)行換熱、另一面進(jìn)行空氣自發(fā)散熱的方式，所以快熔的運(yùn)行溫度高于可控硅的運(yùn)行溫度[1]。

筆者總結(jié)了整流器快速熔斷器的運(yùn)行狀況，從快熔的結(jié)構(gòu)、作用、接線連接方式以及運(yùn)行過(guò)程中的注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行了分析和研究。

1 快熔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

大功率整流器快熔的外型如圖1所示，其結(jié)構(gòu)與有填料的封閉式熔斷器基本相同，但熔體材料和形狀不同，它是以銀片沖制的有V形深槽的變截面熔體。

快熔的熔絲除了具有一定形狀的金屬絲外，還會(huì)在上面點(diǎn)上某種材質(zhì)的焊點(diǎn)，其目的是為了使熔絲在過(guò)載情況下迅速斷開(kāi)。

圖1 快熔外形圖Fig.1 Outline drawing of fast fuse

快熔具有反時(shí)延特性，即過(guò)載電流小時(shí)，熔斷時(shí)間長(zhǎng);過(guò)載電流大時(shí)，熔斷時(shí)間短。所以，在一定過(guò)載電流和過(guò)載時(shí)間范圍內(nèi)，熔斷器是不會(huì)熔斷的，可連續(xù)使用。

試驗(yàn)證明，快熔的溫升低于80 ℃時(shí)可以長(zhǎng)期運(yùn)行，溫升100 ℃時(shí)制造工藝穩(wěn)定的產(chǎn)品仍能長(zhǎng)期運(yùn)行，溫升120 ℃是電流通過(guò)能力的臨界點(diǎn)。如果溫度升高到140 ℃時(shí)，快熔將不能長(zhǎng)期運(yùn)行。在快熔的熔斷指示點(diǎn)上安裝有可以指示快熔狀態(tài)的輔助接點(diǎn)，用來(lái)傳遞快熔的運(yùn)行情況。

當(dāng)快熔熔斷時(shí)，其輔助觸點(diǎn)就做相應(yīng)的動(dòng)作，將熔斷信號(hào)傳遞給整流控制柜，以便操作人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并做相應(yīng)的處理。

2 整流器快熔在大功率整流裝置中的作用

快熔在整流器中與可控硅的接線方式見(jiàn)圖2。

圖2 快熔在整流器中與可控硅連接實(shí)況圖Fig.2 Real connection of fast fuse with thyristor inside rectifier

快熔是熔斷器的一種，主要用于半導(dǎo)體整流元件或整流裝置的短路保護(hù)。由于半導(dǎo)體元件的過(guò)載能力很低，只能在極短時(shí)間內(nèi)承受較大的過(guò)載電流，因此要求短路保護(hù)具有快速熔斷的能力?？烊墼谡髌髦信c晶閘管串聯(lián)連接，作為對(duì)整流器件短路故障的保護(hù)元件。當(dāng)整流器件發(fā)生反向擊穿故障時(shí)，快熔能夠快速分?jǐn)喙收现返亩搪冯娏?，保護(hù)整流器免受故障短路電流的危害。整流器快熔與整流元件可控硅串聯(lián)安裝在整流臂上，當(dāng)可控硅遇到過(guò)電流或過(guò)電壓故障時(shí)，快熔能夠在瞬間熔斷，切除故障，不僅能保護(hù)串聯(lián)臂上的可控硅，而且也能避免損壞其他支路上的整流元件。

3 快熔允許運(yùn)行的溫度和高溫運(yùn)行的危害

如整流器快熔溫升超過(guò)臨界值120 ℃，該快熔的電流通過(guò)性就會(huì)降低，勢(shì)必會(huì)造成該整流臂上的其他整流元件的電流升高，進(jìn)而引起相應(yīng)整流臂的均流度遭到破壞，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)降低該整流臂元件的使用壽命。熔斷器的電流承載能力試驗(yàn)是在25 ℃環(huán)境溫度條件下進(jìn)行的。

熔斷器的使用壽命受工作環(huán)境溫度的影響，環(huán)境溫度越高，熔斷器的工作溫度也越高。

內(nèi)蒙古君正化工在整流器運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)個(gè)別快熔溫升過(guò)高，運(yùn)行溫度達(dá)到100 ℃以上。由于氯堿生產(chǎn)工藝的連續(xù)性，當(dāng)時(shí)未做徹底的處理，只對(duì)發(fā)熱的快熔進(jìn)行記錄。待設(shè)備停機(jī)后，測(cè)量快熔的冷態(tài)電阻，發(fā)現(xiàn)與同一條整流臂的其他快熔冷態(tài)電阻相比阻值偏大。

隨后，對(duì)溫升異常的快熔進(jìn)行了更換，調(diào)整了同一條整流臂上其他快熔的壓緊力矩。設(shè)備投入運(yùn)行后，快熔發(fā)熱的情況明顯好轉(zhuǎn)。

4 快熔溫度升高的原因

快熔溫度升高的原因和分析。

(1)不均流。所謂不均流就是每個(gè)可控硅上所通過(guò)的整流電流不一致所造成的臂與臂之間的電流不一致。由于可控硅的電氣參數(shù)不能十分一致,所以各管所承擔(dān)的負(fù)載也就不一樣。如管壓降、正向電阻、溫升等因素都會(huì)導(dǎo)致不均流；同樣，快熔直流電阻不均也是導(dǎo)致不均流的因素。 不均流,會(huì)造成有的快熔上通過(guò)的電流大，有的快熔上通過(guò)的電流小。通過(guò)電流大的快熔的運(yùn)行溫度自然就比其他快熔的運(yùn)行溫度高。

(2)冷卻系統(tǒng)不好也是造成可控硅和快熔運(yùn)行溫度高的一個(gè)因素。 整流橋臂間距小、發(fā)熱點(diǎn)多、冷卻水管較細(xì)、水流速慢，不利于散熱，這對(duì)可控硅不利，容易使可控硅因過(guò)熱而發(fā)生電流擊穿，進(jìn)而損壞快熔。

(3)可控硅和快熔表面氧化，氧化層和整流臂的接觸電阻增大，會(huì)導(dǎo)致快熔的運(yùn)行溫度升高。

(4)快熔內(nèi)部熔體焊接點(diǎn)松動(dòng)?？烊蹆?nèi)部熔體采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，整流器在運(yùn)行過(guò)程中存在振動(dòng)，快熔長(zhǎng)期運(yùn)行在此種工況下，會(huì)造成個(gè)別快熔內(nèi)部熔體開(kāi)焊松動(dòng)，造成快熔自身的電阻增大，引起快熔溫度升高。

(5)整流器在運(yùn)行過(guò)程中存在著一定的振動(dòng)，長(zhǎng)期的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致個(gè)別可控硅和快熔的壓緊力矩發(fā)生變化，接觸電阻變大，整流元件運(yùn)行溫度升高。

5 預(yù)防和解決快熔溫度升高的措施

(1)加強(qiáng)設(shè)備巡檢，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行溫度高的快熔及時(shí)進(jìn)行記錄；依據(jù)每天測(cè)量的參數(shù)進(jìn)行溫升分析，制定相應(yīng)的解決方案。

(2)經(jīng)常檢查整流臂水循環(huán)的情況，發(fā)現(xiàn)水循環(huán)受阻，應(yīng)及時(shí)停機(jī)進(jìn)行徹底的處理。

(3)及時(shí)測(cè)量各快熔的均流，也可參照均流儀顯示的運(yùn)行電流，對(duì)均流表的整流橋臂及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，制定切實(shí)可行的方案。必要時(shí)，要停機(jī)處理。

(4)利用停機(jī)檢修的機(jī)會(huì)測(cè)量整流器內(nèi)部快熔的直流電阻，更換阻值偏大的快熔。在更換時(shí)要特別注意每一條整流橋臂上直流電阻的一致性，盡可能地縮小直流電阻的差距，以獲得良好的均流度。

(5)采購(gòu)整流器快熔備件時(shí)要盡可能地采購(gòu)?fù)簧a(chǎn)廠家、同一型號(hào)的快熔，避免快熔冷態(tài)電阻差異過(guò)大，影響整流臂上各元件的均流度。

(6)利用停機(jī)檢修的機(jī)會(huì)對(duì)整流器進(jìn)行清灰處理，清除覆蓋在快熔和可控硅表面的積塵，增強(qiáng)整流元件的散熱特性；及時(shí)檢查整流器內(nèi)元器件的壓緊力矩，發(fā)現(xiàn)力矩發(fā)生變化的，應(yīng)及時(shí)對(duì)照廠家提供的力矩標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新壓緊，降低整流元件與整流臂的接觸電阻。

6 結(jié)語(yǔ)

離子膜整流器是電解槽重要的供電設(shè)備，整流器的穩(wěn)定運(yùn)行直接影響到全廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。加強(qiáng)整流設(shè)備的巡檢，制定切合實(shí)際的設(shè)備巡檢制度，及時(shí)記錄設(shè)備運(yùn)行的工況參數(shù)并進(jìn)行認(rèn)真分析,對(duì)預(yù)防整流設(shè)備的事故實(shí)用且高效。