調功柜頻繁異常的原因分析

劉智靈 楊慶毅

摘 要：簡要介紹了我廠調功柜的作用和近期頻繁出現的異?，F象，從可控硅過流、過壓、過熱保護和控制板，可控硅質量、安裝方面詳細分析可能造成擊穿的原因和一些判斷的方法，方便以后再出現異常的判斷、處理以及建議。

關鍵詞：調功柜；異?，F象；原因分析

0 前言

調功柜在我廠制氧機組中的作用是用于對加熱污氮氣來活化分子篩的電阻爐加熱器的控制，它是根據生產工藝的需求，用現場測溫元件PT100檢測反饋來的溫度與預先設定好的給定溫度相比較，依靠偏差去控制晶閘管的導通，改變輸出的電功率來達到恒溫的目的，一個活化周期里運行1.5小時。調功柜主回路使用六只晶閘管，每相兩個一組反并聯連接，采用周期觸發控制，來把實際溫度穩定在設定溫度上，其適用于大慣性和小慣性加熱系統的被控對象。

1 異常現象

有一套機組的調功柜在近兩年的運行中頻繁出現異常，有以下幾種：第一，加熱周期結束后有一相仍有電流，約為正常運行時的一半，運行調功時不能完全調節，這種情況占多數；第二，正常運行時有一相電流始終不到正常電流的一半，可調功，運行結束正常（沒電流）；第三，啟動調功柜后，有一相電流大約為正常的一半，在開始調功又恢復全導通后，該相電流又正常了。

2 原因分析

根據異常現象，初步判斷第一種是該相有一個晶閘管擊穿了，但是因過壓、過流、過熱還是晶閘管質量問題造成的擊穿還不能確定；也或是該晶閘管的觸發脈沖沒有關斷；第二種是該相有一個晶閘管沒有得到觸發脈沖，即控制板故障；也或是該相一個晶閘管斷路了；第三種是控制板故障，這個比較明顯，是在剛啟動時缺少了一個觸發脈沖，在更換控制板后再運行就正常了。

停機后的檢查分析 第一種情況，為了確定是可控硅的問題還是控制板的問題，根據多次處理的經驗，采用了簡單可行的方法去判斷，就是直接?？刂齐娫矗鐩]電流了，則是控制板的故障；如還有，則是可控硅故障。結果是還有電流，說明控制板正常（更換可控硅后再投運觸發正常），可控硅擊穿了。實測確是，那么是什么原因造成的呢？可控硅優點雖很多，但承受過壓、過流的能力很差。

（1）由于其熱容量很小，一旦過流溫度會急劇上升而可能造成可控硅內部短路或開路（承受的過載時間與過載倍數成反比，即過載倍數越大，承受的過載時間越短，1.25倍的過載倍數承受的過載時間是5分鐘），造成過流的原因有負載端過載或短路，觸發電路工作不正常或受干擾使可控硅誤觸發引起過流。我們廠的調功柜里的可控硅（實際負載電流560A，可控硅額定電流是800A，達到選用的最低標準1.5倍）過電流保護有快速熔斷器和過流截止保護（通過CT把過電流信號送到控制中心來停止觸發），出現異常時，快熔沒熔斷過（熔體額定值與運行電流值是匹配的，遠小于可控硅的額定電流值），過流故障報警也沒出現過，根據上面的試驗觸發電路誤觸發的可能性不大；對負載檢查也正常，說明不應是過流造成的可控硅擊穿。

（2）可控硅在電路中承受的電壓超過其反向擊穿電壓時，即使時間極短也易損壞；如是正向電壓超過其轉折電壓誤導通，次數頻繁時也可使元件損壞或其特性下降。引起過電壓的主要原因是電路中一般都有電感元件或雷擊過電壓。采用的過電壓保護措施主要是阻容保護，壓敏電阻等。但我們的負載是純電阻性的，有阻容吸收并聯在晶閘管兩端，沒有電感元件，出現故障時也不是雷雨天氣，但不排除電網系統出現過電壓情況。

（3）過熱擊穿，這是在工作電流正常時晶閘管受熱擊穿的情況，發生這種擊穿的原因主要是可控硅的散熱裝置工作不良而引起可控硅芯片溫度過高導致擊穿；安裝的散熱裝置有本身的大型鋁制散熱片，風機，調功柜安裝位置在室內雖有制冷設備，可溫度高時也在35℃以上，自身還裝有超溫檢測和超溫報警元件。在運行過程中自身沒有出現過超溫報警，風機運轉正常，風道通暢；在更換可控硅時雖只是更換了芯片，但安裝時非常注意芯片與散熱器之間的接觸面，保證了良好的接觸，接觸面平整，沒有劃痕或凹凸不平，也沒有灰塵夾入，保證有足夠且均勻的壓力。但多次更換芯片可能會導致散熱器的接觸面變形而影響散熱效果，如果下一次再出現可控硅擊穿我們將在更換可控硅時連同散熱器一塊兒更換 。安裝方式不當也會造成擊穿，對于片狀可控硅而言，由于工作在大電流區域，工作時需加裝散熱裝置，未加散熱裝置的可控硅內部是斷開的，這也是可控硅本身熱保護的一種。當兩個片狀可控硅陰陽極正反并聯受壓與兩側散熱模塊接觸時會出現兩種情況，一是壓力過大，造成可控硅內部本征體壓壞造成擊穿；二是壓力過小，造成接觸面電阻大，當工作時接觸面溫度過高引起的可控硅擊穿；另外，在更換可控硅時，可控硅的陰陽極與散熱模塊接觸面之間應涂抹導熱硅脂，以加大散熱模塊的導熱量。

（4）晶閘管性能不穩定造成通電后受熱的擊穿；第二種情況，出現過兩次。第一次，確定是觸發脈沖沒有，檢查發現控制板上該可控硅的觸發電路里的一限流電阻燒壞，更換控制板后運行正常，沒深考慮為什么會燒；第二次，這在更換控制板后運行了不到兩天又出現的，這次還是觸發回路的限流電阻燒壞，這就必須分析是什么原因造成的。經查該電路里的元器件，發現可控硅控制極和陰極間的靜態電阻很小，其他的在20歐左右。這充分說明控制板觸發電路的電阻燒壞是由可控硅故障造成的。

3 結束語

我們對擊穿的可控硅元件敲碎，觀察了可控硅損壞的情況，既不是從邊緣側壞（電壓過高，造成擊穿），也不是從控制極壞（電流上速度慢造成的），也檢查了阻容吸收各元件，完好，說明不是過電壓保護出現異常。從上面的故障現象、原因分析及燒壞的可控硅內部來看，出現異?，F象的根本原因可能是晶閘管電流富余量小和工作環境的問題。所以建議在選型時應考慮更大的電流富余量，工作環境溫度應控制在30°以下或另外增加散熱設備，避免應可控硅燒壞而影響生產或不必要的備件損耗。