SVG設(shè)備基本故障類型及解決措施

寧波軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司 虎 筱

1 課題來(lái)源及背景情況

電機(jī)、整流設(shè)備在電力系統(tǒng)中負(fù)荷量大，在運(yùn)行過(guò)程中需要許多的無(wú)功，且輸配電網(wǎng)絡(luò)中線路、變壓器會(huì)產(chǎn)生許多無(wú)用的功，因此會(huì)造成系統(tǒng)功率因數(shù)下降。相對(duì)于系統(tǒng)而言，功率因數(shù)越低對(duì)供電線路的損耗越大，電壓及電壓質(zhì)量也隨之降低，供電和輸電設(shè)備的利用率下降。對(duì)電力使用者來(lái)說(shuō)，造成了電費(fèi)和成本的增加。因此，寧波軌道交通主要通過(guò)在主變電所安裝SVG 裝置以提高輸配電功率因數(shù)。

截止目前，1號(hào)線一期試運(yùn)營(yíng)開(kāi)通已有7年之久，供電系統(tǒng)基本上處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)。但因設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，設(shè)備慢慢出現(xiàn)老化現(xiàn)象。根據(jù)1號(hào)線近5年故障匯編，發(fā)現(xiàn)SVG 的動(dòng)態(tài)性、穩(wěn)定性和可靠性不盡人意，個(gè)別問(wèn)題暴露比較頻繁。且SVG 設(shè)備對(duì)行車(chē)影響較小，未引起足夠重視，對(duì)設(shè)備原理、元器件結(jié)構(gòu)等多方面存在一知半解的現(xiàn)象。針對(duì)以上情況，本課題主要研究SVG 設(shè)備原理、結(jié)構(gòu)、基本故障類型及解決措施。

2 研究目的、主要內(nèi)容及應(yīng)用價(jià)值

本課題以研究SVG 設(shè)備結(jié)構(gòu)、原理為基礎(chǔ)，總結(jié)故障出現(xiàn)的基本類型與頻次，分析故障出現(xiàn)的根本原因，找到有效的解決方法及防范措施。同時(shí)，組織班組員工、委外技術(shù)骨干共同探討與學(xué)習(xí)，在遇到故障時(shí)，盡可能達(dá)到人人理解設(shè)備，判斷故障大致原因，以此提高變電專業(yè)應(yīng)對(duì)SVG 故障的專業(yè)性、有效性。

3 SVG 設(shè)備基本原理與裝置構(gòu)成

3.1 裝置基本原理

SVG 裝置是以IGBT 為核心，它采用鏈?zhǔn)綋Q流器，又稱為鏈?zhǔn)絊VG。基本原理就是將自換相橋式電路通過(guò)變壓器或者電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行。

其原理接線圖如圖1所示。

圖1 SVG 原理示意圖

SVG 在空載、容性和感性運(yùn)行模式下的電壓關(guān)系如表1所示。

表1 電壓關(guān)系

SVG 裝置的主電路采用鏈?zhǔn)侥孀兤魍負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，Y 形連接，10kV 裝置每相由12個(gè)功率單元串聯(lián)組成。其電氣原理圖如圖2。

圖2 電氣原理

3.2 裝置結(jié)構(gòu)

SVG 裝置主要由五個(gè)部分組成：控制柜（1）、功率柜（4）、啟動(dòng)柜（1）、連接電抗器和冷卻系統(tǒng)。

3.2.1 控制柜

由控制器、顯示操作面板、控制電源、繼電器、空氣開(kāi)關(guān)等部分組成?？刂齐娫刺峁〥C24V（K3、K4）和DC5V 電源系統(tǒng)，為控制器和繼電器操作供電。顯示面板包括了液晶屏顯示和信號(hào)指示燈。操作部分包括啟機(jī)按鈕、停機(jī)按鈕和復(fù)位按鈕。空氣開(kāi)關(guān)的功能主要提供AC380V（K1）、AC220V（K8）和DC220V（K2）電源。

控制器由1臺(tái)西門(mén)子PLC S7-200CPU 模塊、PWS6600觸摸屏、QCON 主控制器及遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成，如圖3。

圖3 控制器組成

Siemens PLC S7-200與QCON 主控制器之間通過(guò)串行通信聯(lián)系。

表2

裝置的運(yùn)行狀態(tài)：SVG 裝置帶電時(shí)，運(yùn)行在五種工作狀態(tài)：待機(jī)、充電、運(yùn)行、跳閘、放電。各狀態(tài)說(shuō)明和轉(zhuǎn)換關(guān)系詳見(jiàn)PPT 介紹。

3.2.2 功率柜

功率柜的主要組件是功率單元（又稱為鏈節(jié)）。功率柜每相12個(gè)鏈節(jié)，共36個(gè)鏈節(jié)。功率單元的直流電容選用薄膜電力電容?？紤]到串聯(lián)功率單元電容器的均壓?jiǎn)栴}，設(shè)計(jì)中采用功率電阻和開(kāi)關(guān)串聯(lián)的方式進(jìn)行放電，不但可以實(shí)現(xiàn)均壓，而且在輸入開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，可以給直流電容放電，避免人身傷害事故的發(fā)生。電子旁路回路采用進(jìn)口IGBT 器件，動(dòng)作迅速且可靠，保證了功率模塊發(fā)生故障情況下，控制器可以在1ms 時(shí)間內(nèi)將故障模塊可靠旁路。

3.2.3 啟動(dòng)柜

啟動(dòng)柜由啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、充電電阻、隔離刀閘和接地刀閘等部分組成。SVG 裝置的啟動(dòng)方式設(shè)計(jì)為自勵(lì)啟動(dòng)。在主開(kāi)關(guān)合閘后，系統(tǒng)電壓通過(guò)充電電阻對(duì)功率單元的直流電容進(jìn)行充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到額定值的80%后，控制系統(tǒng)閉合啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，將充電電阻旁路。

在裝置進(jìn)行檢修時(shí)，隔離刀閘和接地刀閘提供了安全保證。隔離刀閘可將裝置與系統(tǒng)斷開(kāi)，提供明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，接地刀閘保證裝置輸入側(cè)處于接地狀態(tài)。

3.2.4 連接電抗器

裝置的輸出通過(guò)連接電抗器并聯(lián)到系統(tǒng)側(cè)。

3.2.5 冷卻系統(tǒng)

分為風(fēng)冷和水冷兩種方式。風(fēng)冷系統(tǒng)由散熱風(fēng)機(jī)和控制電路組成。寧波軌道交通主變電所目前采用風(fēng)冷方式。

4 SVG 設(shè)備基本故障類型

完成近5年設(shè)備故障匯編梳理，其中2018-2021年SVG 故障類型及故障次數(shù)主要如下?？梢钥闯觯烘湽?jié)故障發(fā)生較為頻繁，是導(dǎo)致SVG 斷路器跳閘的主要原因。

5 SVG 設(shè)備典型故障處置方法

裝置在運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作和故障報(bào)警提示，液晶屏對(duì)故障有詳細(xì)的記錄。根據(jù)故障記錄參照以下指南及時(shí)進(jìn)行故障處理。

5.1 功率模塊鏈節(jié)故障

首先使用模塊測(cè)試儀對(duì)故障鏈節(jié)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試接線參考作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，具體分析方法如下：

表3 故障匯編梳理

（1）輸入直流750V 電壓，用萬(wàn)用表測(cè)量功率模塊上的正負(fù)極電壓，測(cè)量電壓在500V 以上為正常，單邊對(duì)箱體電壓為380V 左右為正常。若低于500V 時(shí)，初步判斷IGBT 驅(qū)動(dòng)板卡故障。

（2）若功率模塊通訊接口指示燈不亮，且模塊電壓測(cè)試無(wú)數(shù)據(jù)，初步判斷15V 電源板卡故障；若電壓測(cè)試數(shù)據(jù)正常，初步判斷通訊、采樣板卡故障。

若功率模塊通信、采樣板卡指示燈未正常點(diǎn)亮，則根據(jù)下表進(jìn)行判斷。

表4

5.2 主控運(yùn)行異常跳閘

初步判斷控制器故障。

處置方法：檢查和更換控制器的電路板。

5.3 同步故障跳閘

初步判斷同步電壓未上電或同步電壓進(jìn)線接觸不良。

處置方法：（1）檢查同步電壓是否上電；（2）檢查同步電壓進(jìn)線是否接觸不良。

5.4 12V電源故障

故障原因：（1）電源板與母板連接不良；（2）電源板故障。

處理方法：（1）檢查電路板是否插牢固；（2）更換電路板。

5.5 MLK 板、GML 板、脈沖板、控制A 板、控制B 板故障

故障原因：（1）各板卡與母板連接不良；（2）各板卡本體故障。

處理方法：（1）檢查板卡插件是否插牢固；（2）檢查該板是否上電正常；檢查母板插接處有無(wú)發(fā)熱痕跡。

5.6 本地通信故障

故障原因：PLC 與控制器的連接線接觸不良。處理方法：（1）檢查PLC 與控制器是否上電；（2）檢查兩者間的連線是否牢固、是否破損。

5.7 A、B、C 相過(guò)流故障跳閘

故障原因：（1）系統(tǒng)負(fù)荷沖擊過(guò)大；（2）系統(tǒng)電壓發(fā)生故障，導(dǎo)致突變；（3）裝置運(yùn)行容量過(guò)高過(guò)載。

處理方法：（1）觀察系統(tǒng)電壓和負(fù)荷沖擊是否有異常；（2）等待裝置自動(dòng)復(fù)歸；（3）調(diào)低降容系數(shù)；（4）檢查裝置輸出電流互感器的接線是否正確，電流方向的定義是否正確。

5.8 自動(dòng)復(fù)歸超次跳閘

故障原因：一定時(shí)間段內(nèi)頻繁多次出現(xiàn)封鎖故障和復(fù)位現(xiàn)象。

處理方法：檢查裝置是否有故障或告警。

5.9 鏈節(jié)旁路失敗

故障原因：未能成功旁路故障鏈節(jié)。

處理方法：（1）檢查鏈節(jié)是否存在故障或告警。（2）若持續(xù)3次出現(xiàn)旁路失敗，更換該鏈節(jié)。

5.10 PT異常

故障原因：（1）PT 接觸不良或斷線；（2）系統(tǒng)失壓或嚴(yán)重欠壓。

處理方法：檢查PT 元件及連線。

5.11 控制電源、±12V電源報(bào)警/故障

故障原因：電源出現(xiàn)故障。

處理方法：更換控制電源。

5.12 主開(kāi)關(guān)合閘故障/主開(kāi)關(guān)跳閘故障

故障原因：主開(kāi)關(guān)不能正常合閘或跳閘。

處理方法：（1）檢查主開(kāi)關(guān)的合閘和跳閘回路是否接線正確；（2）檢查主開(kāi)關(guān)狀態(tài)測(cè)量回路是否接線正確。

5.13 啟動(dòng)開(kāi)關(guān)合閘故障/啟動(dòng)開(kāi)關(guān)跳閘故障

故障原因：?jiǎn)?dòng)開(kāi)關(guān)不能正常合閘或跳閘。

處理方法：（1）檢查啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的合閘和跳閘回路是否接線正確；（2）檢查啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的操作電源是否合上；（3）檢查啟動(dòng)開(kāi)關(guān)是否損壞。

6 SVG 設(shè)備故障防范措施

因SVG 設(shè)備中電子器件對(duì)環(huán)境要求較高，應(yīng)在主所檢修時(shí)，及時(shí)對(duì)SVG 設(shè)備進(jìn)行清潔及進(jìn)行風(fēng)機(jī)檢查工作，保障其運(yùn)行環(huán)境。

發(fā)生主所倒切或故障跳閘時(shí)，應(yīng)及時(shí)做好SVG設(shè)備故障預(yù)想，準(zhǔn)備常用備件，如功率模塊驅(qū)動(dòng)板卡等。

由于1號(hào)線、3號(hào)線共用櫻花主所，其負(fù)荷較大，應(yīng)及時(shí)對(duì)SVG 運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行關(guān)注與調(diào)節(jié)，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性。

由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，生命周期到后根據(jù)故障發(fā)生頻次結(jié)合中大修規(guī)則進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)。