變流器晶閘管故障分析及處理方法

天地科技股份有限公司　李建華

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變流器晶閘管故障分析及處理方法

天地科技股份有限公司李建華

本文以大功率變流傳動系統為對象，通過分析變流器運行過程中的工作狀態，總結變流器發生故障的原因，針對晶閘管出現故障的原因確定其相應地處理方法。通過實際操作實驗驗證了上述方法的有效性和可靠性。

變流器晶閘管；故障分析；處理方法

1　概述

礦井提升機電控系統是保證礦井安全生產工作的關鍵設備，電控系統的安全可靠運行決定了礦井生產工作人員的生命和財產安全。大功率變流器是礦井提升機電控系統的核心組成部分，變流器是否安全可靠運行關系到整個電控系統能否正常穩定的工作。晶閘管是變流器的核心工作元件，變流器故障往往都是由晶閘管故障所引起，因此，對晶閘管故障狀態進行跟蹤分析，并尋找合適的處理方法，可以快速的對變流器工作過程中出現的故障進行快速響應，甚至對晶閘管潛在的故障進行可靠的診斷，從而保證了大功率變流器的安全可靠運行，進而實現了提升機電控系統的正常工作。

2　變流器晶閘管故障原因分析

2.1晶閘管故障分析

晶閘管故障可以從兩方面判斷：

（1）燒斷熔斷器熔斷器被燒斷說明有非常大的電流，產生大電流可能有以下原因：

1）晶閘管故障（陽極和陰極短路）導致模塊內部進線側相間短路。

2）4-Q 變流器中的環流（而不是晶閘管故障）導致模塊內部進線側相間短路。

3）直流輸出端沒有足夠的阻抗而短路。

4）逆變顛覆（動態制動，直流側有大電流高 EMF，同時交流輸入電壓低）。

（2）波形監視器

波形監視器顯示直流輸出的波形脈動程度遠遠大于正常波形。造成這種情況的原因通常是一個晶閘管不工作，從而導致波形出現低谷。

由于電流環的控制作用，會迫使其他的晶閘管出現一定的過載來補充電流的低谷，從而保持恒定的平均電流。當導通角a≤90°時，這種補償會導致波形監視故障。在制動或逆變狀態時，通常會導致燒斷熔斷器。

導致晶閘管無電流的原因有：

（1）六個晶閘管中其中的一個和熔斷器連接分斷。如果3 個外部交流輸入熔斷器中有一個燒斷，變流器將引缺相而立刻停止工作。

（2）晶閘管沒有收到觸發脈沖。

（3）電流控制器可能與直流負載完全不匹配。

（4）交流電網供電導致錯誤信息，此時不對稱相位角偏移，相電壓不平衡或功率補償器和濾波器都可能是導致錯誤的原因。

2.2晶閘管故障定位

變流器中的熔斷器燒斷，極有可能是有晶閘管故障引起的。為進一步定位故障并進行相應地處理，應根據不同結構的模塊采用兩種方法進行故障原因判定。

（1）變流器D1～D4 （20～1000 A）

1）變流器必須和主電斷開。

2）直流輸出至少一端必須和電機斷開。

3）用歐姆表測量交流輸入端和直流輸出端（ U1 至 C1， V1 至C1， W1至 C1， U1 至 D1， V1 至 D1 還有 W1 至 D1）：

正常情況下，每次測量的阻值都應大于1k，如果其中一路的阻值小于1k，說明這一路上的晶閘管故障。 如果變流器是半控的，則每個晶閘管模塊包含兩個反并聯的晶閘管。這種情況下只需知道是哪對晶閘管故障就可以了，因為必須將反并聯的晶閘管同時更換。更換完晶閘管后，還要按照前面說的再測量一次，確保所有故障晶閘管都找到了。

注意 ：阻容吸收電路可能會導致測量剛開始時的阻值短時間為0。如果測量的阻值小于 1，應將兩個表筆交換位置，反向再測量一次。如果結果相同，一定是這個支路上的晶閘管發生故障，需要更換。

（2）變流器 D5、D6和D7 （900～5200 A）

這些變流器模塊內部的功率部分裝有熔斷器。

變流器必須和主電斷開。

●熔斷器燒斷

（1）當一個熔斷器燒斷，它所在的一路上的有故障的晶閘管或反并聯的晶閘管已經和其它的晶閘管斷開了。

（2）當晶閘管沒有被拆下時，先要按照前面說的測量電阻。

（3）4-Q 變流器中還要進一步判斷是正向還是反向晶閘管需要更換。

（4）更換完晶閘管后，還要按照前面說的再測量一次，確保所有故障晶閘管都找到了。

注意：如果電機沒有和變流器斷開，測量結果可能有誤。

●波形監視器

如果波形監視器故障，原因和前面的一樣：

（1）根據前面的測量判斷熔斷器和晶閘管是否正常。

（2）如果功率部分器件看起來正常，而一個或多個晶閘管沒有電流通過，就需要檢查脈沖觸發器和晶閘管門極之間是否正常工作；具體要檢查：

1）脈沖放大器輸入側是否有信號

2）脈沖放大器輸出側是否有信號

3）脈沖是否發送到門極以及連接是否有問題

4）觸發脈沖是否將晶閘管導通以及是否所有測量位置的脈沖形狀都相同

（3）檢查電流控制器的設定。

（4）同時測量并記錄3相交流電源的線電壓和電流。

3　變流器晶閘管故障處理方法

3.1故障晶閘管初步定位

通過正反向分別測量 U1， V1， W1和C1， D1間的電阻來找到故障支路（如圖1所示）：

圖1　大功率變流器電路拓撲結構圖

3.2故障晶閘管拆除前準備

（1）在直流銅排和散熱器之間插入一小片絕緣物，如一張紙或塑料片。

（2）正反向測量直流銅排和散熱器之間的阻值。

（3）再測量絕緣的散熱器和與熔斷器相連的散熱器之間的電阻。

（4）根據測量結果判斷兩次測量點之間的晶閘管，哪個需要更換。

3.3拆除故障晶閘管

（1）拆除直流和交流母排的螺栓；拆除快熔，如果損壞的晶閘管被快熔遮擋；

（2）松開背板固定螺絲，保證背板能上下移動；

（3）記下將要拆除的晶閘管的方向和位置，標記好觸發線；

（4）拆除觸發線；

（5）松開模塊頂部的緊固螺釘；

（6）用拆除專用工具將故障晶閘管上下側的散熱器撐開；

（7）拆除晶閘管。

圖2　晶閘管安裝布置圖

3.4安裝新的晶閘管

（1）確定新的器件的型號正確。保持半導體器件和工作臺清潔，如果需要，用軟紙沾有機溶劑擦拭。

（2）使用柔軟浸有有機溶劑的紙擦干凈半導體的接觸面，并晾干。然后再接觸面上薄薄的涂抹一層導熱硅脂。

（3）使用柔軟浸有有機溶劑的紙擦干凈將要和半導體接觸的表面（散熱器，AC和DC銅排），并晾干。注意不要用力擦拭，以免造成劃痕。

（4）將晶閘管放到將要安裝的位置。轉動晶閘管，使觸發線轉向正確的方向。

（5）插上觸發信號線。

（6）用手緊固螺釘，直到螺帽接觸到模塊。

（7）用套筒扳手緊固螺釘，一次緊半圈，直到指示彈簧指示合適的力矩。

（8）測量阻值確認晶閘管完好。

（9）重新安裝 DC / AC 銅排，熔斷器和其他零件。

（10）測量 U1， V1， W1 和 C1， D1端的電阻，確認功率部件完好。晶閘管的具體布置方法參考圖2所示。

4　結語

本文以大功率變流傳動系統為對象，重點分析了變流器故障發生的原因，詳細分析了晶閘管故障產生的原因及其對變流器正常工作的影響。通過分析晶閘管發生故障時所產生的現象，總結晶閘管發生故障的原因，針對晶閘管出現故障的原因確定其相應地處理方法。最后通過實際操作實驗驗證了上述方法的有效性和可行性。

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李建華（1978—），男，內蒙古人，工學學士，工程師。