逆變器T803燒毀故障分析及改進

陳景榮

(核電秦山聯營有限公司，浙江 海鹽 314300)

逆變器作為不間斷電源，其正常、可靠的運行對電廠安全運行非常重要。事例中的逆變器型號為SV22750，額定電壓220 V，額定容量75 kV·A，由美國SCI公司制造。不間斷電源一次系統由2臺220 V單相逆變器組成。正常運行期間，全部負荷由1臺逆變器供電，若逆變器A發生故障，則通過靜態開關切換到另一臺逆變器B供電，如圖1所示。正常運行期間，當逆變器與外網不同步時，備用逆變器自動跟蹤主逆變器的頻率保持同步狀態。

圖1 不間斷電源一次系統

1 故障情況

2009-08-04T15:30，UPS間有故障報警，且伴有糊味。現場檢查發現，逆變器內已濃煙彌漫，整個房間充滿刺鼻的糊味。檢查逆變器A，發現主熔斷器熔斷、風扇故障等報警，同時發現逆變器B的內部電感元件L804在燃燒，變壓器T803熏黑。對燒毀的T803進行仔細檢查，線圈匝間被擊穿，有發生過匝間短路的明顯痕跡。而L804與T803共同組成諧振回路，當T803發生短路時，巨大的短路電流使得L804溫度迅速升高而燃燒。

2 原因分析

2.1 正弦鐵磁諧振變壓器原理分析

逆變器B柜內的T803和L804所在回路的主要功能為消除諧波并進行濾波，這是典型的鐵磁諧振變壓器的設計，被擊穿的變壓器T803和燒毀的電抗器L804在電路圖中的位置如圖2所示。

圖2 正弦鐵磁諧振變壓器原理

濾波元件T803和L804主要用來矯正逆變器的輸出波形，以保證輸出電源近似于正弦波，提供到下游負載。T803是一線性元件，與C805一起調諧輸出電壓中的三次諧波，由于這些元件對于三次諧波呈現低阻抗，因而減少了三次諧波在輸出電壓中的幅值，使輸出電壓達到可接受的水平。電抗L804飽和而產生諧波電流，該電流通過變壓器反向耦合到T803。L804中反相諧波的疊加結果傾向于消除在T803一次側繞組上出現的更高次諧波。

從消諧原理可以看出，消除諧波的過程是一個能量轉移的過程。因為T803將正弦波中的大部分三次諧波和高次諧波通過鐵磁諧振的方式以熱能的形式轉化掉，因此只要逆變器設備運行，內部的T803元件就會一直處于發熱狀態，本身發熱量就很大。

2.2 逆變器柜的冷卻通道分析

每個逆變器柜的頂部有2個10英寸風扇，由于柜與柜之間的側板在安裝時被拆除，導致柜內通風路徑改變，降低了冷卻風扇的散熱能力。另外，柜底部的防塵遮網是進風口，但變壓器的固定底板擋住了部分遮網，減少了進風量，從而降低了冷卻風扇的散熱能力。根據現場檢查情況，結合逆變器的工作原理，變壓器和電抗器過熱燒毀的根本原因是通風冷卻不夠，T803熱量堆積造成。

3 改進及試驗

3.1 T803變壓器的改進

在T803事故后，SCI公司對原有的T803進行了重新設計，從根本上減少T803的發熱量。具體方法是：增大變壓器線圈的線徑，增大繞組間的散熱空間，改變鐵心結構以增大鐵芯盒間距(core box spacing)。從SCI公司傳來的數據表明，這些改變降低了磁飽和變壓器T803的運行溫度。

3.2 柜體通風的改造

(1)每個柜頂部的冷卻風扇由2個10英寸風扇改為4個8英寸風扇。新型的風扇組件安裝后將逆變器柜的總高度降低約10 cm。

(2)在逆變器柜的前門和后門底部開通風口，如圖3所示，以增加進風量。

圖3 柜門底部加開通風口

經過對T803繞組結構及柜體通風口的改進，T803的運行溫度從150 ℃降至54～65 ℃，且噪音由97 dB降為85 dB，有效地解決了逆變器運行溫度高的問題。