高壓啟動變頻器晶閘管故障處理方法的改進

1、.專業(yè)整理 .高壓啟動變頻器晶閘管故障處理操作法1、背景變頻啟動是大型同步電機最佳的啟動方式，其啟動電流遠(yuǎn)低于同步機額定電流，啟動時對電網(wǎng)沖擊較小，武鋼現(xiàn)有的大型同步電機都采用了變頻啟動技術(shù)，如高爐電動鼓風(fēng)機 、 CCPP（燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機組）的燃?xì)廨啓C同步發(fā)電機等，都采用了 SFC進行啟動 。輸入側(cè)接地保護晶閘管陣列晶閘管陣列電機側(cè)浪涌限值器監(jiān)測接地保護監(jiān)測電流互感器電流互感器同步機輸入變壓器直流電抗器斷路器輸入側(cè)電機側(cè)同步互感器電流互感器電壓監(jiān)測勵磁機風(fēng)冷 12 脈波變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖 1 12 脈波 SFC主回路結(jié)構(gòu)圖SFC為保障大型同步機正常運行的關(guān)鍵設(shè)備，如高爐鼓風(fēng)機 ，經(jīng)常會出現(xiàn)

2、緊急.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .啟動電動鼓風(fēng)機的情況。若此時SFC 因故障無實現(xiàn)快速開機，鼓風(fēng)機無法送風(fēng)至高爐，不僅直接導(dǎo)致高爐停產(chǎn)，甚至導(dǎo)致人身傷害和高爐設(shè)備損壞（如風(fēng)口灌渣等）。晶閘管是 SFC實現(xiàn)頻率變換 、功率輸出的關(guān)鍵元件 ，如圖 1 不僅由晶閘管構(gòu)成的 SFC 功率回路結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ，元件數(shù)量多 ，而且其控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的觸發(fā)電路也是故障高發(fā)點 ，因此晶閘管故障占 SFC故障的比例較大 ； SFC進口設(shè)備廠家對核心技術(shù)都有保護 ，而晶閘管的控制是實現(xiàn)同步機啟動的關(guān)鍵算法，無論是電流還是轉(zhuǎn)速控制 ，最終執(zhí)行部分都是由控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷實現(xiàn)的，如需要廠家技術(shù)人員處理設(shè)備故障 ，每天的費用

3、每都為數(shù)萬元，而且效率低下 ，受制于人 。因此，必須在深刻理解SFC 晶閘管結(jié)構(gòu) 、控制和運行方式的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一套從診斷故障 、測試工作參數(shù)和元器件到更換備件的晶閘管故障操作方法，以提高故障處理效率和設(shè)備運行可靠性，降低維護成本 。2、存在問題及原因分析2.1 原操作法存在的問題1.原有操作方法需要多次啟動機組測試，對機械和電氣設(shè)備沖擊較大。現(xiàn)有SFC都有數(shù)十個晶閘管和觸發(fā)板，每一個設(shè)備拆卸和安裝都需要較長的時間，費時費力，嚴(yán)重降低搶修效率，并且若逐個更換測試，需要較多的備件 ；而且反復(fù)拆卸、安裝和操作容易出現(xiàn)錯誤，甚至?xí)?dǎo)致?lián)p壞正常設(shè)備，使故障擴大 。2.未總結(jié)各個廠家SFC的故障檢測手

4、段 ，如波形記錄方法 ，對故障代碼和故障指示燈也不夠了解 。3.缺乏專業(yè)工具 ，操作不規(guī)范 。更換不同廠家 SFC的晶閘管 ，需要各個廠家的專業(yè)工具 ，而原有操作過程中 ，使用的是臨時制作的墊片進行作業(yè)，安全性和可.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .靠性都很差 ；更換觸發(fā)板也需要專門的內(nèi)六角扳手，原有操作過程中 ，經(jīng)常使用尖嘴鉗拆卸和安裝觸發(fā)板。4.SFC 主回路屬于高電壓 、大電流線路 ，其故障處理操作復(fù)雜 ，步驟較多 ，而且設(shè)備系統(tǒng)較復(fù)雜 ，危險隱患較多 ，如 SFC 功率柜清掃維護就屬于車間級危險作業(yè)。現(xiàn)有作業(yè)過程對高壓設(shè)備電壓等級等確認(rèn)不足，易引發(fā)事故 。2.2 改進思路在分析了以往多次SFC

5、晶閘管故障處理案例和原有故障處理操作方法后，我們總結(jié)出了以下的改進思路：1. 根據(jù) SFC 故障代碼 、指示燈的含義 ，總結(jié)出故障處理時可直接查詢和故障定位的手冊 ；豐富檢測和故障診斷手段 ，掌握 SFC 輸出曲線記錄和診斷故障的方法?，F(xiàn)場 SFC 都提供了電網(wǎng)側(cè)和電機側(cè)的電壓電流測量接口 ，通過監(jiān)控 SFC輸入輸出實時曲線 ，可準(zhǔn)確判斷出故障晶閘管或觸發(fā)板的位置 ；各廠家 SFC 針對不同的故障都提供了指示燈和故障代碼 ，總結(jié)這些信息含義 ，并直接給出故障代碼與晶閘管編號對照表 ，可提高故障定位和處理效率 。2. 多采用靜態(tài)測試方法 ，減少設(shè)備拆卸次數(shù) ，避免反復(fù)開機查找故障點 。根據(jù)晶閘管

6、通斷原理和觸發(fā)板工作原理 ，找出測試其是否故障的方法 ，直接檢測單個晶閘管和觸發(fā)板是否能導(dǎo)通 ，并監(jiān)測觸發(fā)板的觸發(fā)脈沖電流波形 。單純采用備件更換測試不僅需要較多的備件 ，費時費力 ，而拆卸、安裝設(shè)備時間長 ，測試過程中對電氣設(shè)備和機械的損害也較大 。3. 拆卸安裝晶閘管和觸發(fā)板應(yīng)采用專業(yè)工具 ，并根據(jù)廠家技術(shù)手冊 ，制定標(biāo)準(zhǔn)化和可行性高的操作規(guī)程，保證安裝到位和規(guī)范性；并且晶閘管電路屬于（中）高電壓、大電流線路 ，其主回路電路電壓在2kV 至 6.5kV 之間，SFC 的停電、.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .檢測、拆卸和安裝等操作 ，應(yīng)嚴(yán)格遵循安全標(biāo)準(zhǔn)化和安全操作規(guī)程作業(yè)，確保在高壓柜內(nèi)的作業(yè)安全

7、 。4. 總結(jié)和分析以往的晶閘管故障處理案例 ，整理和規(guī)范整個故障診斷到處理的思路和步驟 ，如圖 3。SFC 出現(xiàn)晶閘管故障查看故障代碼或指示燈否是否能根據(jù)故障信息定是位故障晶閘管編號是記錄 SFC 啟動曲線是否能根據(jù)啟動曲線定是位故障晶閘管編號否靜態(tài)測試可能存在故障的脈沖板脈沖板是否是故障否靜態(tài)測試可能存在故障的晶閘管晶閘管是否是故障更換此脈沖板否逐個靜態(tài)測試更換此晶閘管晶閘管及觸發(fā)回路更換故障的脈沖板或晶閘管開機測試圖 3 晶閘管故障處理思路3、操作法的改進 、實施及效果根據(jù)上面思路 ，新改進的操作法如下 ：3.1 查閱故障代碼對照表 ，定位故障晶閘管或脈沖板。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .以

8、西門子SINAMICS GL150 系統(tǒng)為例 ，當(dāng)出現(xiàn)晶閘管或觸發(fā)脈沖板故障時，SFC 的操作面板會出現(xiàn)故障代碼，6072EDCBA（如，607210111 ）。根據(jù)技術(shù)手冊，此代碼前 4 位（6072 ）表示至少 1 個晶閘管出現(xiàn)故障 ，后 5 位用于確認(rèn)故障晶閘管的位置 ，參照表 1。代碼位意義取值范圍E橋臂號取值為 1-6 表示故障位于 1-6 號橋臂D晶閘管號取值為 1-6 表示故障位于 1-6 號晶閘管C雙橋臂或無關(guān)一般為 0為 1 時表示故障位于整流側(cè) ；B整流側(cè)或逆變側(cè)為 2 時表示故障位于逆變側(cè)為 1 時表示故障位于系統(tǒng) 1；A系統(tǒng) 1或系統(tǒng) 2為 2 時表示故障位于系統(tǒng) 2表

9、 1五鼓風(fēng) SFC故障代碼含義3.2 采集和分析 SFC的整流側(cè) 、逆變側(cè)的電壓 、電流輸出波形 ，確認(rèn)故障晶閘管位置。SFC正常運行時 ，系統(tǒng) 1 與系統(tǒng) 2 的整流、逆變輸出電流波形應(yīng)對稱。在斷續(xù)階段，其整流器 1 與 2 輸出直流電流應(yīng)對稱出現(xiàn)缺口，逆變器的三相電流波形也應(yīng)對稱；在負(fù)載換流階段 ，整流器 1 與 2 輸出直流電流應(yīng)保持連續(xù)，逆變器輸出電流應(yīng)三相對稱 ，并上半波與下半波對稱完整。若逆變側(cè)波形出現(xiàn)缺口或不對稱，則可根據(jù) SFC晶閘管主回路結(jié)構(gòu) ，判斷是哪一晶閘管故障 。以 SINAMICS GL150 系統(tǒng)為例 ，根據(jù) SFC主回路結(jié)構(gòu)和晶閘管導(dǎo)通順序 ，可得出波形缺失與逆變

10、器晶閘管故障位置的對照表 2。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .晶閘管故障編號U 相電流波形V 相電流波形W 相電流波形V111負(fù)半波全部缺失部分正半波缺失部分正半波缺失V121部分負(fù)半波缺失部分負(fù)半波缺失正半波全部缺失V131部分正半波缺失負(fù)半波全部缺失部分正半波缺失V141正半波全部缺失部分負(fù)半波缺失部分負(fù)半波缺失V151部分正半波缺失部分正半波缺失負(fù)半波全部缺失V161正半波全部缺失負(fù)半波全部缺失正半波全部缺失表 2 SFC 波形缺失與逆變器晶閘管故障位置的對照表現(xiàn)場SFC 都設(shè)計有電流 、電壓測試接口 ，一般都在控制器模塊上配有可插入示波器探頭的插口 ，或是可通過通訊方式實時顯示電壓、電流波形

11、 。SINAMICS GL150 系統(tǒng)通過 Profibus-DP 通訊方式將 SFC連接監(jiān)控電腦 （接至勵磁機 S7300CPU 模塊上的 DP 接口），在 SFC 編程軟件 STARTER中使用示波器功能，監(jiān)視 SFC的電壓電流參數(shù)并記錄波形。STARTER中參數(shù)與 SFC的電流、電壓測量值對照如表3。STARTER參數(shù)SFC測量值VECTOGL_02.r6760.0電機側(cè) WV 電壓VECTOGL_02.r6761.0電機側(cè) WU 電壓VECTOGL_02.r6762.0系統(tǒng) 1，整流側(cè) IU1 電流VECTOGL_02.r6762.1系統(tǒng) 2，整流側(cè) IU1 電流VECTOGL_02.

12、r6763.0系統(tǒng) 1，整流側(cè) IW1 電流VECTOGL_02.r6763.1系統(tǒng) 2，整流側(cè) IW1 電流VECTOGL_02.r6764.0系統(tǒng) 1，電機側(cè) IU2 電流.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .系統(tǒng) 2，電機側(cè) IU2 電流系統(tǒng) 1，電機側(cè) IW2 電流系統(tǒng) 2，電機側(cè) IU2 電流表 3 SFC 參數(shù)與電流 、電壓測量值對照表SFC 正常啟動時的系統(tǒng)2，電機側(cè) IU2 電流波形如圖 5。圖 5 五鼓風(fēng) SFC系統(tǒng) 2，電機側(cè) IU2 電流波形圖3.3 靜態(tài)測試單個晶閘管和觸發(fā)脈沖板，確認(rèn)是否故障1）測試單個晶閘管根據(jù)晶閘管導(dǎo)通原理，采用能源總廠專家張銓基發(fā)明的晶閘管測試儀（獲得國家發(fā)

13、明金獎 ），可測試單個晶閘管是否故障，操作如下 ： 將晶閘管測試儀的A 端， K 端和 G 端分別接至晶閘管的A 端，K 端和 G 端，A 端和 K 端都接至散熱片 ，G 端接至觸發(fā)板的X8 端子 。 測試晶閘管漏電流大小 ：由測試儀在 A 端和 K 端建立 1000V 左右的正向偏置電壓，不加觸發(fā)脈沖 ，若檢測流過晶閘管的漏電流大于10mA ，說明晶閘管被擊穿。 測試晶閘管導(dǎo)通能力 ：由測試儀在 A 端和 K 端建立足夠開通晶閘管的電壓（幾十伏特即可 ），再按下發(fā)出觸發(fā)脈沖按鈕，嘗試導(dǎo)通晶閘管 ，并不斷通過測試儀的旋鈕改變觸發(fā)角，讀取流過晶閘管的電流和A、K 端的壓降：若電.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)

14、整理 .流大于 70mA ，A,K 端電壓低于 1V，則晶閘管可正常運行 ；若測試儀發(fā)出觸發(fā)脈沖后，晶閘管始終未流過電流 ，說明晶閘管無法導(dǎo)通 ，存在故障 。2）測試單組觸發(fā)板和晶閘管是否正常工作1、以西門子 SFC晶閘管觸發(fā)回路為例 ，其測試回路接線如圖8。圖 8 觸發(fā)板靜態(tài)測試接線圖測試步驟 ：（1）確認(rèn)主回路中無高壓電 ，并且進出斷路器已分 ，地線已掛接 。（2）在 SFC 主回路晶閘管 （整流、逆變均可 ）陣列中，參照接線圖 ，選擇任一晶閘管，斷開阻容回路與觸發(fā)板的接線，并完成接線 ：在其 A 端散熱片上接直流110V 的 L，在 K 端散熱片上串入負(fù)載 （如指示燈 、20K 電阻等

15、），再接入直流 110V 的 M 端；將晶閘管 A 端接至觸發(fā)板 X3 端，晶閘管 K 端接至觸發(fā)板 X5 端，X5 端與 X7（晶閘管的觸發(fā) - 管腳）短接；觸發(fā)板接入直流24V 電源（必須選可調(diào)輸出范圍的電源，將輸出值調(diào)至26V 以.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .上），在 X4（L）， X8(M) 端接入；觸發(fā)板觸發(fā)電流輸出+ 端（ X8）接至晶閘管的觸發(fā) + 管腳（較窄的管腳 ），觸發(fā)板觸發(fā)電流輸出 - 端（X7）接至晶閘管的觸發(fā) - 管腳（較寬的管腳 ）。（3）參照 A17 SAV17 與觸發(fā)脈沖板的光纖接線順序，先不接通直流110V 電源，在 SAV21 上拆下測試晶閘管的接收端光纖 ，并

16、拆下對應(yīng)觸發(fā)脈沖板上接收端的光纖，由紅光源對接此光纖發(fā)出光信號 ，發(fā)出常亮信號 ，觀察觸發(fā)板的接收端側(cè)光纖是否收到光信號 ；若接收正常 ，將光纖插入觸發(fā)板接收端 ，接通直流 110V 電源，由紅光源發(fā)出常亮信號 ，測試晶閘管是否導(dǎo)通 ，若無法導(dǎo)通 ，可轉(zhuǎn)動光源 ，改變光線方向測試是否導(dǎo)通 ，導(dǎo)通時晶閘管壓降將為 20V 左右 。（4）觀察負(fù)載指示燈是否亮 ，測量晶閘管兩端的電壓降是否變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài) ，若正常導(dǎo)通應(yīng)低于 20V；將分流器 （75A/45mV ）串接入觸發(fā)板輸出端 X8 與晶閘管的 K端之間 ，用示波器監(jiān)測觸發(fā)電流曲線。正常觸發(fā)脈沖電流參考曲線如圖，晶閘管兩端為額定電壓下 ，頂點值為

17、 7.8A，電流上升率為 20A/uS 。（5）全部測試完后 ，應(yīng)拆除所有臨時接線 ，三清退場 。3.4 制定更換故障晶閘管和觸發(fā)脈沖板安全標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)方案，并嚴(yán)格執(zhí)行1）制定詳細(xì)安全作業(yè)方案，規(guī)范高壓安全作業(yè)確認(rèn)制度，并引入二次作業(yè)票制度，確保作業(yè)安全參照能源總廠繼控室車間級危險作業(yè)方案二鼓風(fēng)高壓啟動變頻器功率柜維護檢修操作 ，在進入 SFC 功率柜作業(yè)前 ，應(yīng)采取如下措施 ：1、與現(xiàn)場負(fù)責(zé)維護人員一起確認(rèn)停電的開關(guān)及操作準(zhǔn)備。2、讓站所操作人員將變頻器電源進、出線開關(guān)處分閘位并拖至試驗位置。必須確認(rèn)的開關(guān)如下 ：.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .進線開關(guān)出線開關(guān)二鼓風(fēng)站A13 ，A23A14，A24

18、3、在已停電的開關(guān)上掛停電檢修警示牌，在整流變壓器和逆變變壓器布置紅布遮攔，并與站所操作人員互相確認(rèn)無誤。4、讓站所操作人員打開高壓啟動變頻功率柜柜門，用高壓試電筆確認(rèn)無電 。5、讓站所操作人員對確認(rèn)無電設(shè)備放電，并在 SFC 主回路進線和出線側(cè)掛接地線，確認(rèn)無誤后 ，方可進行故障處理操作 。實施步驟危險因素1 、電氣設(shè)備2 、無安全標(biāo)志作業(yè)前3、（ 電氣）未接地作業(yè)中1 、電氣設(shè)備作業(yè)后未執(zhí)行三清退場突發(fā)事故預(yù)想突發(fā)觸電事故或裝置故障安全措施1 、站所操作人員應(yīng)將試驗區(qū)域內(nèi)設(shè)備所有可能來電的電源全部斷開 ，并與帶電部位可靠隔離 。1 、站所操作人員將變頻器進線開關(guān) 、出線開關(guān)處于分閘位 ，并

19、拖至試驗位置 ，并懸掛 “有人工作 禁止合閘 ”標(biāo)志牌 。2、在整流 、逆變變壓器布置紅布遮攔，防止有人靠近。1 、站所操作人員應(yīng)將變頻器功率柜進線側(cè)使用截面符合要求的臨時接地線進行接地 ，接地線必須接在裸露金屬部位 。2、落實停電措施時實行“一摸 、二看、三上場 ”的確認(rèn) 。1 、在功率柜內(nèi)接測量線路時 ，必須與現(xiàn)場人員確認(rèn)測量回路的等級 、容量 ，防止將高壓接入測試設(shè)備 ，同時必須一人進行安全監(jiān)護 ，并確認(rèn)接線 。2、拆卸線路必須做好標(biāo)記，用絕緣膠布包好線頭。3 、拆卸線路進行測試 ，必須填寫二次工作確認(rèn)票 ，拆卸每一根線路都必須做好確認(rèn)和恢復(fù) ，防止有線路拆下未還原 。4、恢復(fù)送電前 ，

20、應(yīng)拆除所有接地線，防止帶地線合閘。作業(yè)完成必須執(zhí)行三清退場的作業(yè)要求。立即停止工作 ，同時通知值班人員 ，與值班人員協(xié)商善后處置。注意：嚴(yán)禁直接將單個晶閘管的觸發(fā)脈沖板或觸發(fā)回路接入測試儀器，會將主回路的高電壓接入測試儀器，造成人身和設(shè)備事故 。2）針對各個站所的SFC制定晶閘管和觸發(fā)脈沖板安裝和拆卸方案以 SINAMICS GL150 系統(tǒng)為例 。晶閘管的拆卸操作步驟 ：斷開晶閘管的觸發(fā)回路.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 . 將叉形扳手插入晶閘管陣列頂部的導(dǎo)向螺栓卡槽內(nèi)，卡住整個陣列 ，防止底部螺栓松動后陣列下滑 。 用力矩扳手松開陣列底部的固定螺栓，這樣就可以拉開各個晶閘管之間的間距，取出晶閘管

21、。 在松開底部的固定螺栓后，即可取出晶閘管，并做好設(shè)備安裝記錄，記錄下晶閘管編號 。晶閘管的安裝操作步驟 ： 用工業(yè)級乙醇清潔晶閘管和散熱片表面。 在晶閘管接觸面涂上導(dǎo)電保護涂層。 按如下步驟 ，立即插入晶閘管 。注意：注意晶閘管的安裝位置，特別是晶閘管極性。晶閘管的表面注明有晶閘管極性的信息 。從正對散熱片塑料螺栓的方向推入晶閘管，確保晶閘管定位到正中間位置。用力矩扳手上緊固定螺栓，直到叉形扳手能輕松地取出。當(dāng)固定螺栓的槽與頂板的表面平齊時，說明鉗力使用正確 。做好設(shè)備安裝記錄 ，記錄好安裝的晶閘管編號。接上觸發(fā)回路 ，防止極性接錯 。觸發(fā)板的拆卸和安裝步驟： 在線路上做好標(biāo)記 ：標(biāo)注好光纖

22、的接收端和發(fā)送端，觸發(fā)信號的 A 端，G 端和K端。 拆下所有線路 ，包括光纖 。.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .注意不可觸碰旁邊的電容，可能帶有高壓 。 采用內(nèi)六角扳手 ，拆下所有螺母 。 裝上觸發(fā)板備件 ，采用內(nèi)六角扳手 ，安裝所有螺母 。 用工業(yè)乙醇 （乙醇含量 80% 以上）清洗光纖 ，尤其是光纖頭 。 插入光纖 ，注意光纖的接收端和發(fā)送端；注意光纖插入的深度，確保光纖上的白色環(huán)與光纖接口的滾花螺母口對齊。光纖滾花螺母白色環(huán) 按標(biāo)記，插上其他接線 （尖嘴鉗），確認(rèn)接線順序和緊固程度。注意不可觸碰旁邊的電容，可能帶有高壓 。 檢查及確認(rèn)所有接線順序是否正確，及是否接觸是否良好 ，是否緊固 。3

23、.4 原操作法與新操作法對比、故障診斷手段和處理時間對比原操作法缺乏對故障代碼分析和檢測手段，需要多次開機測試，容易對機械和電氣設(shè)備造成損壞 。新操作法采用多種故障定位方法，通過解析故障代碼，測試啟動曲線 ，并靜態(tài)地單獨測試晶閘管和脈沖板，并記錄觸發(fā)脈沖波形，即可較準(zhǔn)確地完成故障定位，再有的放矢地更換備件 ，大大提高效率 。故障定位方法診斷手段原操作法經(jīng)驗法，試錯法反復(fù)更換備件 ，或 2 個系統(tǒng)互換定位故障.學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .點，效率低，較盲目，必須反復(fù)試驗 ，設(shè)備沖擊大 ，思路性較差 直接根據(jù)總結(jié)好的故障代碼與晶閘管編由故障代碼對照表定位號對應(yīng)表定位故障 ； 對比正常和故障曲線新操作法 測試啟動曲線 ，對比正常曲線完成定靜態(tài)檢測單個晶閘管和脈位； 單獨靜態(tài)地測試每一個晶閘管，確沖板認(rèn)其是否故障 ，避免盲目開機測試元件處理處理原操作法新操作法時間時間2012 年 7 月處理五鼓風(fēng) LCI 晶2015 年 6 月處理五鼓風(fēng) LCI 晶閘管閘管故障 ，未了解故障代碼含超過故障，根據(jù)故障代碼迅速定位2.5義無法定位故障點 ，待西門子24 小時V151 觸發(fā)板，更換后 SFC正常運小時技術(shù)人員趕來后才找到故障點行2013 年 7 月處理二鼓風(fēng)晶閘管2014