主井提升系統(tǒng)整流柜快熔斷故障分析與處理

孫彩宏,朱家斌,魏云鵬,萬 鑫,崔志強

(1.鐵法能源公司曉明礦,遼寧調兵山112700;2.遼寧調兵山煤矸石發(fā)電有限責任公司,遼寧調兵山112700)

1 前言

整流柜快速熔斷器是一種過流保護元件,它主要是在電路發(fā)生短路后熔絲迅速熔斷防止大電流損壞整流柜的作用。若整流柜內發(fā)生故障,造成正負母線之間弧光短路,則運行的整流柜均會向故障點注入短路電流,假如快速熔斷器沒有迅速熔斷,則巨大的短路電流會造成整流柜爆炸。分析原因可歸結為整流柜內整流元件擊穿、整流元件或絕緣件受潮、絕緣件表面灰塵積聚、不停電檢修或運行中測試時造成短路、觸發(fā)電路工作不可靠致使整流元件失去正常導通或阻斷能力形成短路等。

2 工程背景

2.1 主井提升系統(tǒng)概況

某礦井核定生產能力為195 萬t/a,設主、副井二個井筒,一個水平生產。主井井筒直徑為5 m。副井井筒直徑為7 m。主井提升設備采用UP1 ×4 ×3.2/0.85 纏繞式提升機一臺,塔式布置,8 t 箕斗一對。2 ×800 kW 直流電動機雙機拖動,提升最大速度為7 m/s,是全礦井煤炭提升任務的主力軍。

2.2 提升傳動系統(tǒng)概況

主井提升傳動部分采用1#、2#兩套電流閉環(huán)傳動系統(tǒng)(每套包括一臺西門子6RA70 數(shù)字調速裝置、一臺整流柜、一臺整流變壓器、一臺直流快速斷路器和一臺電抗器),分別向1#、2#兩臺電機電樞供電,供電方式為6 脈動。1#傳動系統(tǒng)的整流變壓器采用Δ/Δ 繞組方式,2#傳動系統(tǒng)的整流變壓器采用Δ/Y 繞組方式,因此綜合到電網(wǎng)原邊仍為12 脈動的效果,能降低諧波污染[1]。1#、2#兩套電樞整流裝置分別采用獨立的電流閉環(huán)控制,采用同一電流給定值施加于兩套傳動系統(tǒng)的電流閉環(huán)控制方式,確保了兩臺電機參數(shù)相同的情況下,出力也一致。

1)整流柜裝置概況

1#、2#整流柜選用3 000 A 風冷可控硅元件,組成全控三相橋,同時配備與2#整流柜相同功能的3#整流柜做為備用裝置,保證任1 套電樞整流裝置能同時拖動兩臺電機。當其中1 套電樞整流裝置出現(xiàn)故障時由另外1 套電樞整流裝置給兩臺電機供電將箕斗提到卸載位置。每臺整流柜中的可控硅均設有快速熔斷器進行保護,并在快速熔斷器熔斷后發(fā)生相應的報警信息。同時還具有接地和短路保護功能。

2)調節(jié)柜裝置概況

調節(jié)柜內主要器件包括調節(jié)器(西門子6RA70數(shù)字調速裝置)、中間繼電器、開關電源、斷路器和接觸器等。

3 整流柜快速熔斷器故障

3.1 整流柜快速熔斷器故障現(xiàn)象

主井提升系統(tǒng)2#整流柜在電流為1 000 A 以下時可正常啟動,當電流繼續(xù)上升時,“快熔斷”報警指示燈亮起,整流柜內1 個快速熔斷器熔斷,電機聲音異常。

3.2 整流快速熔斷器熔斷可能因素

本著從整流柜本體到主傳動系統(tǒng)查找故障點的原則,初步分析有可能為以下幾點:

(1)2#整流柜中主要元件(如可控硅、快速熔斷器)老化,因為主傳動系統(tǒng)運行已使用近13年。可控硅或快速熔斷器等器件的運行特性發(fā)生變化,形成短路導致快速熔斷器熔斷。例如可控硅應在阻斷期間失去阻斷能力,或應在導通期間失去導通能力[2]。

(2)可控硅整流柜冷卻不正常,也會導致快速熔斷器熔斷。

(3)電抗器故障,出現(xiàn)負載電流斷續(xù)的工作情況。

(4)脈沖信號受到干擾也會造成可控硅導通異常。例如干擾信號加載到正常脈沖信號上就會引起整流橋短路。

(5)數(shù)字調速裝置6RA70 受到大電流沖擊后損壞,觸發(fā)電路分配給晶閘管的脈沖波形參差不齊,脈沖丟失或脈沖延時等,造成晶閘管換相失敗,從而使直流電動勢和交流電源電壓順向串聯(lián)形成短路。

4 故障分析及處理

4.1 故障分析

1)整流柜的檢查

考慮可控硅絕緣件表面灰塵積聚,引起絕緣破壞,或者可控硅老化,對可控硅抽屜內的設備進行重點檢查測試[3]。

(1)不送電的情況下,測量每個抽屜中可控硅的電阻值,標準值為8～28 Ω。經(jīng)測試其中1 臺可控硅的電阻值為30 Ω,將其更換,對換下的可控硅進行導通性測試,確認可控硅性能無異常。

(2)更換熔斷的快速熔斷器,更換后的快速熔斷器滿足要求。

(3)更換電流互感器,對換下的電流互感器進行測試,確認電流互感器性能無異常。

(4)排查每個晶閘管抽屜上航空插頭的接觸情況,經(jīng)檢查每個航空插頭接線牢固無松動確保輸入電壓正常。

(5)逐一更換晶閘管保護器,對換下的晶閘管保護器進行測試,確認晶閘管保護器性能無異常。

(6)冷卻風機檢查無異常。

(7)電抗器檢查無異常。

2)主傳動系統(tǒng)檢查

脈沖信號受到干擾也會造成可控硅導通異常[4-5]。對2#整流柜的直流輸出和交流輸入電纜線和柜體本身進行絕緣阻值測試,經(jīng)測試阻值均為∞,無干擾信號。并將3 號整流柜的直流輸出電纜接入2#整流柜的C、D 母排,排除電纜問題,經(jīng)排查電纜無異常。

3)可控硅觸發(fā)波形檢查

對整流柜脈沖原邊和付邊波形進行測量,當檢查6RA70 數(shù)字調速裝置輸出脈沖波形時發(fā)現(xiàn)波形參差不齊。絞車正常提升時的脈沖波形如圖1所示,有故障時的脈沖波形如圖2所示。

圖1 正常脈沖波形

圖2 故障脈沖波形

從波形上可以看出,正常時分配的6 個脈沖波形長短一致,而故障時分配的6 個脈沖波形中有1個最短波、2 個較短波、2 個較長波和1 個最長波,說明觸發(fā)電路分配給晶閘管的脈沖不可靠,造成脈沖延時使晶閘管不能正常換相,這也是導致整流橋短路后快速熔斷器熔斷的原因。

4.2 故障處理

通過故障分析,主井提升系統(tǒng)整流柜快速熔斷器熔斷的主要原因是由于6RA70 數(shù)字調速裝置損壞,不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖,致使晶閘管不能正常換相,使交流電源電壓和直流電動勢順向串聯(lián),形成短路,快速熔斷器熔斷,于是更換6RA70 數(shù)字調速裝置。更換后異常波形恢復正常,經(jīng)過反復試運轉,整流柜快速熔斷器未發(fā)生熔斷現(xiàn)象?？梢姶祟悊栴}的分析方法可通過波形、觸發(fā)脈沖分析觸發(fā)導通角、波形畸變判斷故障原因。

5 結論

主井提升電控系統(tǒng)在日常的運行維護中要定期使用示波器測試整流柜的輸出波形,日常巡檢中加強整流元件和絕緣件的阻值測試,定期清掃絕緣件表面灰塵,如果發(fā)現(xiàn)異常,及時排查隱患,將故障消滅在萌芽狀態(tài),減少提升系統(tǒng)停運的影響。