核電站SIR控制柜變頻器故障維修探討

楊徽 黃偉

摘 ? 要：某核電站化學試劑注射系統（SIR）控制柜采用ACS355變頻器，運行過程中多次出現上位機啟動變頻器以后，變頻器實際已啟動，而上位機顯示停運。維修人員現場檢查發現變頻器內部反饋觸點被擊穿損壞。本文根據SIR控制柜的運行和維護情況，針對其變頻器反饋觸點損壞的故障進行了分析，提出了維修改進方案，經驗證可以有效地改進缺陷，提高變頻器的可靠性和安全性。

關鍵詞：SIR控制柜 ?變頻器 ?反饋觸點 ?維修改進

中圖分類號：TN77 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0034-02

變頻器是變頻技術的重要核心，其是經由對供電頻率的轉換，以達成電動機運轉速度的自動調節，進而實現節能減排的目的[1]。并且，變頻器還有助于減少電力線路電壓波動，在零頻零壓時有序啟動，如此一來，可有效消除電壓下降，充分發揮優勢，解決因為電網電壓不穩而影響電氣設備運行的問題。變頻器在實際運行時往往會引發各式各樣的故障，在處理這些常見故障時首先要明確故障引發原因，然后有針對性地采取有效的維修對策，以確保變頻器的有序運行。

ACS355變頻器是一種用來控制異步交流感應電機和永磁同步電機的機械類變頻器，可以安裝到墻上或者柜體中[3]。這款經濟劃算的多功能變頻器具備出色的連接功能，并且變頻器的安裝與調試簡單易行，節省時間。它主要有如下優點：（1）針對機柜安裝優化設計，有效節省空間和安裝時間;（2）提供多種現場總線適配器，提高連接靈活性;（3）具備矢量控制功能，可用于驅動異步電機和永磁電機;（4）簡單直觀的順序編程，實現獨立的、可重復的操作工序。

某核電站機組的SIR控制柜采用ACS355系列變頻器。ACS355系列變頻主要通過設置內部參數用于控制下游交流電機轉速，從而實現控制SIR系統加藥量目的。

根據三相電動機轉速公式：

n=60fp ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，n為電機轉速;

f為電機定子側供電頻率50Hz;

p為電機極對數。

在異步電動機的極對數不變情況下，只要改變電源頻率f，就可以實現對異步電動機的調速。變頻器就是通過此原理達到改變電機轉速，進而對系統進行調節的。

1 ?SIR系統概述

核電站二回路加藥系統（SIR）負責為凝結水和給水添加氨和聯氨，保持二回路系統水化學參數在合理范圍內，以保養蒸汽發生器;為常規島和核島閉式冷卻水系統添加緩蝕劑，保持系統的pH值，防止系統腐蝕。二回路加藥系統承擔著核電廠二回路水質調節、核島和常規島閉冷水系統防腐及蒸汽發生器保養的重要職責，調試的質量直接關系到核電廠的安全穩定運行。三代核電AP1000機組對二回路水質的控制比常規核電機組更加嚴格。AP1000核電機組二回路系統一般通過控制pH值和溶解氧含量來減少系統以及設備的腐蝕[2]。

2 ?SIR控制柜變頻器故障的分析與處理

2.1 故障描述

某核電廠機組MP廠房二回路化學試劑加藥系統SIR控制柜內的ACS355系列變頻器，運行過程中多次出現上位機啟動變頻器以后，變頻器實際已啟動，而上位機顯示停運。維修人員現場檢查發現變頻器內部反饋觸點被擊穿損壞。

2.2 變頻器內部反饋觸點損壞原因分析

經過對變頻器電路的全面檢測排查，最終確定變頻器狀態反饋外串聯的直流線圈為故障原因點。如圖1所示，變頻器內部反饋觸點為耐壓水平30VDC的PNP型直晶體管，反饋觸點直接連接的是24VDC直流線圈。根據歐姆定律公式：

UI=i×RI+（di/dt）/L ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

其中，UI為電感兩端電壓;

i為電感電流;

RI為電感的直流電阻;

L為電感量。

由于直流線圈是一個大電感元件，電流無法突變，當線圈在斷電瞬間產生的高電壓易將變頻器內部反饋觸點擊穿。通過模擬實驗錄波，發現斷電時的瞬間電壓高達50VDC，遠高于反饋觸點的耐壓水平，如圖2所示。

2.3 故障的處理

確定故障原因后，通過技術分析，決定通過在變頻器電路中的直流線圈處并聯反向二極管，以達到防止直流線圈斷電瞬間產生過電壓的目的[4]。

對該處理措施進行實驗，在變頻器直流線圈兩端增加反向二極管并錄入直流線圈兩端斷電后的瞬間電壓波形。經過多次實驗后，實驗結果如圖3所示，表明斷電后瞬間不會產生過高電壓，改進措施效果明顯，可起到有效保護變頻器內部反饋觸點的作用。

根據該措施進行實施方案的設計和編制，經過維修技術部門審核論證批準后，已在SIR機柜變頻器電路上進行故障改進措施的實施，達到了預期效果，有效地解決了變頻器內部反饋觸點損壞的故障，提高了其可靠性和安全性。

3 ?結論

（1）ACS355變頻器作為核電站SIR系統控制柜的關鍵部件，盡管其功能強大，可靠性高，但如果不能根據具體使用場景“因地制宜”地做出配置上的改進，也會造成變頻器損壞。

（2）本文通過在變頻器直流線圈兩端增加反向二極管的改進，有效解決了其反饋觸點擊穿損壞的問題。

參考文獻

[1] 趙華昌.淺談變頻器常見故障與維修[J].山東工業技術，2019（24）：134.

[2] 馬現奇.AP1000核電機組二回路系統加藥量計算[J].華電技術，2017，39（8）：21-23.

[3] ACS355變頻器用戶手冊[Z].

[4] 張淼，馮垛生.變頻器的應用與維護[M].廣州：華南理工大學出版社，2001.