串聯12脈整流裝置介紹及故障分析

劉 陽，牛慧林，馬 寧，宋曉西，王彥達

（河北鋼鐵集團沙河中關鐵礦有限公司，河北 邢臺 054100）

整流電路廣泛應用于冶金、礦山等工業領域，它有6脈和12脈串聯和12脈并聯等多種應用形式。礦山領域提升系統多選用六相△Y形串聯橋式整流電路。

1 串聯12脈系統組成

由于礦山主井提升系統電機功率較大，導致整流裝置功率進一步增大，它所產生的諧波，無功功率等對電網的干擾也隨之增大。為了減少干擾，采用多重聯結可以減少交流側輸入電流諧波，而對晶閘管多重整流電路采用順序控制的方法可以提供功率因數，減輕干擾。

兩個6脈串聯，可以獲得12脈串聯電路，為了獲得12相波性，每個波頭應該錯開30度，所以采取三繞組變壓器，次級的兩個繞組一個接成星形，另一個接成三角形，分別供給兩組三相橋。兩組整流橋串聯后接到負載。兩組整流橋輸出的電壓的相位彼此相差30度，因此電機負載的電壓等于兩個整流橋的電壓之和，兩個整流橋的電流相等。電氣圖見圖1。

圖1 12脈串聯整流電路

2 設備配置簡介

以中關鐵礦為例，說明設備選型情況，下圖2為傳動系統配置圖。

高壓進線系統采用的是10KV進線電壓，當斷路器合閘后，輸入到整流變壓器的一次側。經過整流變壓器二次側變壓后，電壓為425V，兩臺變壓器的相位相差30度，分別為兩個整流模塊DCS800-S02-5200供電。

DCS800整流模塊額定的直流電流為5200A，最大過載的電流為7366A，可以滿足提升機正常的需求。

模塊的測速部件選用編碼器進行測測速，6脈時候分別接入到各自模塊。當采用12脈（2個模塊串聯工作方式）時，選用主變流器上的測速數值。

圖2 傳動系統配置圖

OE1、OE2、OE3、OE4是隔離開關，12脈串聯運行時，OE1和OE3隔離開關吸合，OE2和OE4隔離開關斷開狀態。這時候兩個直流模塊同時運行；當其中一個變流器有故障時，采取另外一個變流器工作的方式，那么相應切換對應的隔離開關就可以，6脈運行的方式是轉矩最大，但是速度是最大速度的一半。

勵磁部分選用單獨的勵磁單元。用的是DCS800，D1系列模塊，固定勵磁電流是307A。傳動系統間的通訊方式采用DCSlink通訊方式。采用了SDCS-DSL-4的通訊板。 當采用2個DCS800串聯時，勵磁模塊的控制由主變流器進行控制，當6脈時，分別由工作的變流器進行控制。

2.1 整流變壓器選型

整流變壓器具有以下特點：①絕緣等級高：由于整流變壓器經常通過大電流，而且波動較快，啟停頻繁，因此整流變壓器絕緣等級高，才能充分保證設備可靠運行。②機械強度高：整流變壓器具有較強的機械強度，由于電流較大，電磁引起的振動較大，因此在設計時充分考慮到接卸強度。

選用1.Dyn11和Dd0變壓器各1臺容量為2300KVA。選用DYN11的意義是高壓側三角形接法，低壓側星型接法；低壓側中性點引出，同時高低壓差相位差30度，由于單相負載多；系統有較大的諧波存在，有消諧作用。Dd0變壓器是高壓側三角形接法，低壓側星型接法，高低壓側相位差0度。兩臺變壓器輸入為10KV，輸出為425伏的干式變壓器。

2.2 傳動裝置選擇

傳動裝置直流模塊選用ABB產品，型號為DCS800-S02-5200-05的模塊，參數：5200A，500V；勵磁模塊選用ABB產品，型號為DCS800-S02-0140-04的模塊，參數：140A，400V。

2.3 晶閘管的過電流保護

系統運行有問題時，大部分都是過電流情況引起的，針對過電流故障，可以采取不同的保護措施，其中采取快速熔斷器是比較常用的辦法。對于晶閘管開始開通時的引起的較大的電流，采取在晶閘管陽極串入電感進行抑制。如圖4所示。

圖4 晶閘管電流保護電路

2.4 晶閘管過電壓保護

系統中發生過電壓時，主要來自外部和內部兩種情況，外部過電壓來自系統操作或者雷擊等惡劣天氣影響，內部過電壓主要是來自裝置內部元器件開關的過程，如換向時和關斷時引起的過電壓，為避免系統過電壓，一般情況下在晶閘管兩端并聯RC電容，如圖5所示。

圖5 過電壓保護電路

3 傳動系統常見故障分析及處理辦法

系統發生故障時應該了解設備故障現象，查看設備運行記錄，同時準備好圖紙資料和相關電氣工具如：萬用表、示波器、螺絲刀、扳手等。

（1）可控硅故障：故障現象是提升設備無法啟動運行，在啟動過程中只能看到直流電流有數據顯示，變流器輸入的主電壓正常，但是輸出回路的直流電壓沒有指示。

故障分析與處理：這是一種最常見的故障現象，原因可能是，變流器輸出的脈沖可能有缺脈沖的情況，這時候，在變流器的輸出端，接上示波器進行檢查，如果發現脈沖有問題，缺少某個波頭，就要進行處理。①檢查設備的母線和控制線是否有斷路、斷路或者接觸不良的情況；②檢查變流器可控硅，檢查熔斷器等，如果發現可控硅有問題，要進行更換。如果逆變可控硅擊穿需要更換可控硅。如果電容器擊穿需要除損壞的電容器極柱。還有就是在系統斷電的情況下，使用萬用表測量各阻容回路的電阻值，查找開路點或短路點。

（2）散熱片故障：故障現象是設備啟動后，當電流增大時，設備過流保護動作，有時候由于啟動時間過長，可能將會燒壞可控硅元件。故障分析及處理：這種故障現象發生主要是電流過大造成，負載原因或者別變流器原因，如果是變流器原因，一般是由于變流器表面的散熱片損壞造成，由于散熱片損壞，造成溫升過高，致使保護動作。

（3）變流器的脈沖觸發回路故障：在變流器運行過程中，如果觸發脈沖突然丟失，將會造成變流器開路，有可能燒壞可控硅元件。

故障分析與處理：這種故障一般是變流器觸發脈沖造成輸出電路開路故障，可用示波器進行檢查，也可用萬用表進行檢查，查找觸發板原因或者線路原因造成。

（4）變流器整流橋故障，設備啟動后電壓難以升高，并且電抗器電抗器聲音較大，并且聲音比較發沉悶。故障分析及處理：這種故障大部分判斷為整流橋出現問題，其主要原因是：整流可控硅開路、擊穿、軟擊穿或電參數性能下降，用示波器觀察各整流可控硅的管壓降波形，需要將損壞的可控硅進行更換。具體現象就是當損壞的可控硅被擊穿時候，其管壓降波形為一條直線；軟擊穿時電壓升到一定時為一條直線，電參數下降時電壓升到一定值時波形發生變化。如果出現上述現象，直流電流就會出現斷流現象，造成電抗器震動。缺少一組整流觸發脈沖，用示波器分別檢查各路觸發脈沖，檢查出沒有脈沖的回路時，用倒推法確定故障位置，更換其損壞器件。當出現這種現象時，直流電壓的輸出波頭就會缺少一個波頭，造成電流斷流，產生此故障現象。

（5）可控硅安裝燒壞故障：可控硅在運行時候，頻繁燒壞，當更換新的后，立即燒壞。故障分析及處理：這是一種讓人比較頭疼，維修比較困難的故障現象。可控硅的價格比較昂貴，而燒壞可控硅卻讓人防不勝防，所以在維修這類故障時要格外小心謹慎。我們在分析故障，介紹了一種燒壞可控硅的原因。除此之外，還有以下原因：可控硅在反相關斷時，承受反向電壓的瞬時毛刺電壓過高，電源的主電路中，瞬時反相毛刺電壓是靠阻容吸收電路來吸收的。如果吸收電路中電阻、電容開路均會使瞬時反相毛刺電壓過高燒壞可控硅。在斷電的情況下用萬用表測量吸收電阻阻值吸收電容容量，判斷是否阻容吸收回路出現故障。負載對地絕緣降低――負載回路的絕緣降低，引起負載對地間打火，干擾了脈沖的觸發時間或在可控硅兩端形成高壓，燒壞可控硅元件。

（6）變流器故障：輔助電壓故障：當直流模塊運行時，輔助電源電壓太低，需要檢查電源板子和控制板；電樞過流故障：需要檢查43組參數和20組參數設置情況，檢查電樞接線情況和CT設備的接線情況。電樞過壓故障，主要檢查電壓報警等級設置是否合理，參數組44是否合理，勵磁電流是否過高等，檢查主控板和檢測電壓信號板子的情況；直流模塊溫度過高故障：需要檢查直流模塊的門是否打開，風機的電源電壓是否正確，風機的風向，風機的元件及風機周邊環境的溫度。漏電流檢測故障，主要檢測電流互感器的好壞，以及接線方式等。電機溫度過高故障：等到電機冷卻下來，電機風機將會持續運行等到電機冷卻到溫度報警值以下，只要電機還很熱，不能復位故障，需要檢測風機的電源、風機元件、風機的進出口和電纜等。

4 結論

串聯12脈整流裝置常應用于大功率電器廠所，系統設計對諧波有抑制作用，并且能夠提高功率因數。整流裝置故障大多是晶閘管故障，需要對電氣圖紙了解，根據具體的故障現象，進行處理。