K G PS中頻電源檢查與調試

賀長安，何莉莉，薛亮，何屾

（四川省核工業輻射測試防護院，成都610061）

1 引言

某放射性固體廢物處理設施設置了兩臺中頻感應爐用于低放射性污染金屬熔煉去污作業，其配備的KGPS中頻電源主要是為熔煉爐的爐體部分提供符合運行要求的中頻交流電，使爐體內低放射性金屬廢物在電磁感應作用下加熱熔化。為保證中頻爐能夠安全、穩定、可靠運行，確保熔煉去污工作順利完成以及現場工作人員的安全，在熔爐運行前須對電源部分進行檢查調試。

2 中頻電源組成、工作原理

中頻電源型號為KGPS-1000/0.5s，額定功率1000kW，頻率500Hz，由整流電路、逆變電路、濾波電抗器、爐體及控制電路組成，采用水冷方式對爐體進行冷卻[1]。如圖1所示，三相全控橋式整流電路（V1-V6）將輸入工頻交流電整流為直流電，經電抗器Ld濾波后，成為一個恒定的直流電送往并聯型逆變電路（V7-V10），把直流電流逆變成頻率為500Hz中頻電流提供給感應線圈L，在線圈內通過電磁感應產生的熱量使爐體內的低放射性金屬廢物金屬R熔化。感應線圈為感性負載會產生大量無功功率，電容器C為電路提供無功補償[2]。

圖1 中頻電源主電路

整流電路為三相全控橋式整流，電源的功率設定以及調節都是通過對整流橋可控硅晶閘管的控制角的控制來實現（根據公式 Ud=2.34UCosα）[3]，Ud是整流輸出電壓，α是整流可控硅晶閘管的控制角，U是輸入電壓。從公式可知，在輸入電壓一定情況下，通過調整可控硅晶閘管控制角就可以調整輸出電壓，從而實現對功率的調整。逆變電路中的兩對起逆作用的可控硅晶閘管交替開通與關斷，實現了直流電與交流中頻電的轉換。

中頻電源工作可靠性取決于控制電路對主電路控制可靠與否，控制電路集成制作于一塊PCB板上產生一定幅度、一定寬度的觸發脈沖使整流及逆變可控硅晶閘管導通，通過調整整流電壓高低，實現輸出功率調節。在檢修后以及每次啟爐運行前都應對主電路及控制觸發電路進行檢查，確保電氣元件完好、觸發電路能發出使主電路正確導通和關斷的觸發信號，以保證電路安全正常工作。

3 檢查與調試步驟與方法

根據電源組成對主電路和控制電路進行檢查調試，調試用儀器：一臺20MHz雙蹤示波器、萬用表、兆歐表、耐壓250V的燈泡4只及其他電工器具。

3.1 主電路電氣檢查

首先應對主電路電氣元件進行檢查，確認相關元器件處于完好狀態下再對控制系統進行調試，電氣元器件檢查項目如表1所示。除檢查元器件是否完好，還應檢查控制柜與電氣線路的絕緣是否符合要求，檢查各類控制按鈕動作是否靈活、檢查熔斷器情況、檢查電路及爐體冷卻水是否滿足要求，電氣連接線路是否有開線，尤其是不要把三條電纜線以捆綁的形式靠在機殼上，這樣容易損失電能。

表1 中頻電源電氣檢查項

3.2 控制電路調試

在完成上述檢查并確認電路所有的電氣元器件完好后，對控制電路進行檢查調試。

3.2.1 整流調試

整流電路觸發形式可分為單脈沖觸發和雙脈沖觸發，KGPS-1000/0.5s中頻電源采用雙脈沖數字集成雙脈沖觸發，調試前把平波電抗器的一端斷開使逆變電路不能工作、送上電源二次冷卻水、控制電路送電、觀察控制柜內PCB板上的指示燈顯示，有無缺相、冷卻水壓不足情況。

①脈沖檢查

KGPS-1000/0.5s使用可控硅進行整流，如果沒有觸發脈沖，或者觸發脈沖電壓不滿足可控硅要求時，就可能造成可控硅不導通，整流電路不工作。對整流觸發電路進行檢查，檢查內容見表2。

表2 觸發脈沖檢查內容

檢查時，中頻電源主回路開關不工作，斷開PCB主控板上6號逆變觸發引腳連接線，使在整流調試時逆變不能工作，將功率調節旋鈕左旋到底零位（控制角調為0），控制電路送電。

示波器置于內同步，選擇雙通道檢測，示波器CH1探頭用于測量進線電壓，將CH1探頭選擇為×10檔，與PCB板上A相測試點、公共點N上測得電壓。CH2探頭用于測量可控硅晶閘管觸發信號，CH2探頭選擇×1檔，將探頭連接在整流管V1的脈沖放大電路G和K上，然后將功率旋鈕右旋到底觀察觸發脈沖移相范圍，正常情況下檢查到的波形如圖2所示。所示電壓波形如不正常調節PCB主控板上限壓、限流電位器或檢查線路是否有誤接。同理檢查B、C相脈沖，用示波器的一個探頭逐個依次檢測六個控硅晶閘管，如果每相觸發脈沖不在60度時，調節PCB板上的脈沖調節電位器。

圖2 整流觸發電路波形

②整流輸出的檢查

工頻三相電流經整流后輸出應為直流電流，斷開整流電路與逆變電路之間的連接銅排、使主控板逆變觸發不工作，如圖3所示在整流輸出接上電阻性負載（電燈泡）。

圖3 整流電路接電阻性負載

將功率旋鈕左旋到頭，啟動主電路和控制電路，觀察控制柜上直流電壓表指示是否為零（即整流可控硅晶閘管控制角α=90度），然后緩慢勻速順時針旋轉功率調節旋鈕，示波器探頭連接在燈泡兩端，觀察整流輸出電壓波形，應顯示為平滑的脈動直流電壓波形，不應該有缺波的現象。同時直流電壓表指針由零平穩上升到最高直流電壓（即整流輸出直流電壓Ud=1.35Ucosα,E為相電壓的有效值）。控制角α=0度時，輸出電壓為最高，燈泡的明亮發生變化，說明整流輸出電壓正常。

3.2.2 逆變調試

在完成整流部分調試后，拆下燈泡，將整流電路與逆變電路以及逆變觸發電路接上，開始檢查調試逆變電路。

同整流電路一樣，逆變電路可控硅的導通也需要在其控制極施加觸發信號，如圖4所示逆變觸發控制信號取自負載端，采用集成電路產生觸發信號，位于PCB印制電路板上。

圖4 逆變觸發電路

逆變管導通和關斷是通過逆變觸發角來控制，逆變觸發角出現得早，會使中頻電壓過高損壞電氣元件，出現太晚，會因逆變器換相而導致逆變管短路。對逆變電路進行檢查時主電路不送電，連接上PCB主控板上逆變觸發連接線，控制電路送電，將PCB板上逆變觸發電路中的它激檢測開關置于檢測觸發脈沖位置，啟動控制柜上“逆變啟動”，將示波器的探頭分別接在逆變可控硅的控制極和公共點，觀察逆變觸發脈沖波形，波形如圖5所示，脈沖幅度應在4V以上，脈沖寬度50～100μS。

圖5 逆變觸發脈沖波形

3.3 啟動電路

完成上述檢查調試后，合上主電路開關，緩慢旋轉功率調節電位器，進行試啟動，觀察直流電壓表、電流表和中頻電壓變化情況。調節使直流輸出電壓為200～450V之間任一電壓不動，10～20s后，裝置產生中頻噓叫聲，中頻電壓表有相應指示，中頻電壓與直流電壓讀數之比為1.3～1.5，則逆變起動成功如果直流電流表超過100A時仍未聽見中頻嘯叫聲，應立即將功率調節電位器調至零位，將逆變重新啟動。

在調試中如發現整流、逆變觸發脈沖正常而電路無法啟動，可能的原因是可控硅晶閘管損壞或是補償電容被擊穿，需檢查并更換損壞電氣元件；如氣件完好而整流和逆變無觸發脈沖，說明主控板損壞，將備用PCB主控板換上，新換上的控制板仍然需要經過上述調試檢查才能進行工作。

4 結語

通過對中頻電源的檢查和調試，可以有效發現和減少影響安全運行的隱患，使輸出的電流滿足熔爐運行的需要。總之調試和檢查是保證KGPS中頻電源可靠運行的重要手段，可以有效確保中頻爐運行期間的電氣安全。