熱連軋機組傳動系統電流互感器故障研究

靳鵬飛

（太原鋼鐵集團有限公司， 山西 太原 030003）

本為通過對熱連軋1549 機組F1 傳動系統電流互感器故障的分析和晶閘管直流可逆調速系統的研究，對晶閘管可逆直流調速系統的檢修維護提供了技術保證。

1 F1 傳動系統原理及設備簡介

1）F1 傳動系統為晶閘管反并聯可逆直流調速系統，主回路為10 kV 電源輸入到自耦變壓器，再經整流變壓器二次側+15°和-15°雙繞組輸出三相交流電源，經過整流橋得到可變頻率的直流電，再經過快開、電抗器給直流電機供電。整流橋的輸入側和輸出側都有阻容吸收裝置。

2）F1 傳動系統的控制通過西門子的SIMADYN D 來實現。

3）整流變壓器二次側裝有變比為3 000/5 的一級互感器，再經過傳動柜內變比為5.0/0.5 的二級互感器，輸入到SIMADYN D 的反饋板SE20.2，反饋板SE20.2 內部原理通過整流橋得到小電流信號，再反饋到SIMADYN D 的CPU 板PM5 實現閉環控制。

2 故障現象分析

1）2012 年3 月18 日2 點32 分F1 主機拋鋼后掉電，操作面板報過流故障，檢查PDA 曲線發現電流異常，-15°反組柜4 號可控硅燒，更換。

2）2012 年3 月20 日8 點20 分檢修前最后一塊鋼拋鋼后過流掉電，查看PDA 曲線發現F1 的電流曲線異常。

3）檢修過程中更換可控硅等元件后，送高壓做閉環電流實驗，發現-15°正、反組電流波形有波頭缺失部分，且電流越大越明顯。電壓波形正常。

3 故障處理過程詳細分析

第一步：從檢修前的最后三塊鋼的電流曲線分析，+15°電流曲線正常，可以判斷+15°和-15°的共用設備（藍色）和+15°獨用的設備正常（紅色）。藍色的設備為+15°和-15°的共用設備包括自耦變壓器，整流變壓器的一次繞組和電機。紅色的設備為整流變壓器+15°二次繞組、一級、二級電流互感器、正反組晶閘管整流橋、快開和電抗器。

第二步：可能出問題的設備為整流變壓器-15°二次繞組、一級和二級電流互感器、正反組晶閘管整流橋、快開和電抗器，由于晶閘管出現問題的頻率最高，所以檢修過程中首先更換了-15°的正組和反組的12 塊可控硅以及脈沖控制板ITDC，后送電做閉環電流試驗，示波器顯示電流波形凌亂異常，更換控制板和CPU 后波形呈現，但波頭有缺失且給定電流越大，現象越明顯。通過更換脈沖放大板、對調+15°和-15°的CPU 和脈沖板，并檢查控制線路排除控制系統故障的可能性；用分壓板測試整流變壓器的-15°繞組的輸出電壓正常。上述處理過程排除控制系統、可控硅、整流變壓器二次側-15°繞組故障的可能性。

第三步：根據電壓波形正常，電流波形異常的故障現象，判斷有兩種可能情況。

1）主回路負載故障。經過上述過程主回路負載只有快開和電抗器沒有檢查，電抗器為感性負載，只有在電流變化的時候起作用，可以排除。快開經檢查合閘動作正常。

2）電流檢測回路故障。檢測回路包括控制板、一級互感器、二級互感器。更換完控制板和二級互感器，故障想象依然存在，用卡流表測量二級互感器的一次側電流，A 相和C 相為7 A，B 相為2 A，停高壓檢查一次互感器發現B 相互感器二次側阻值為0（A相和C 相為100 Ω），確定B 相電流互感器損壞。

4 故障的主要原因及處理方法

此次故障的主要原因為F1 整流變壓器二次側一級電流互感器二次側短路導致。電流互感器的原理、作用及接法如下：

1）電力系統中廣泛采用的是電磁式電流互感器，電流互感器原理是電磁感應原理。電流互感器由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次線圈串聯在電路中，而且匝數很少，因此它經常有線路的全部電流流過，一次線圈中的電流完全取決于被測電路的負荷電流．而與二次電流無關；二次繞組匝數比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的二次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態接近短路。在運行中如果二次繞組開路或一次繞組流過異常電流，都會在二次側產生過電壓，給二次系統絕緣造成危害，還會使互感器燒損，甚至危及運行人員的生命安全。

2）電流互感器在交流回路中使用，在交流回路中電流的方向隨時間在改變。電流互感器極性的一般采用減極性原則標注，即：一、二次繞組中的電流在鐵心中產生的磁通方向相反。

3）接線方式主要分兩相式不完全星形接線、兩相電流差接線和三相完全星形接線。兩相星形接線又稱不完全星形接線，這種接線只用兩只電流互感器，統一裝設在A、C 相上。一般測量兩相的電流，但通過公共導線，也可測第三相的電流；兩相電流差接線也稱為兩相交叉接線。由相量圖可知，二次側公共線上電流為Ia-Ic。這種接線很少用于測量回路；三相星形接線又稱完全星形接線，它是由三只完全相同的電流互感器構成。由于每相都有電流流過，當三相負載不平衡時，公共線中就有電流流過，此時，公共線是不能斷開的，否則就會產生計量誤差。

2）F1 主電機整流變壓器二次側電流檢測系統有兩級互感器組成，一級互感器的互感比為3000/5，二級互感器的互感比為5.0/0.5，兩級互感器串聯使用。電流互感器接法為三相完全星形解法，IB=-（IA+IC）。

故障時，B 相一級電流互感器阻值為0（其他兩相為100 Ω），確定B 相一級電流互感器損壞，臨時改為不完全星形接法，把B 相一級互感器二次側KB1和KB2短接，將B 相二級互感器Lb1拆掉，一級互感器的A 相KA2和C 相KC2短接連接至B 相的二級互感器的一次側Lb1。

3）故障處理完畢后，送電軋鋼，第一塊鋼的電流曲線完全正常，+15°和-15°電流曲線幾乎重合。

根據經驗電流互感器損壞的幾率比較小，可控硅損壞的頻率高，導致把故障判斷的中心放在了傳動系統的主回路和控制系統上，延長了故障處理時間，所以在電氣故障的處理過程中，突破經驗主義的界限，打破常規的故障處理辦法，認真研究設備的原理，形成清晰的思路。現在處理故障的處理方法主要是排除法，以后要加強對整個系統的研究，擴寬范圍，站到更高的高度，用全局的眼光來判斷故障、處理問題。