硅堆失效快速判斷方法及應用研究

梁曉紅 孔三喜

(平頂山工業職業技術學院，河南 平頂山 467000)

硅堆失效快速判斷方法及應用研究

梁曉紅 孔三喜

(平頂山工業職業技術學院，河南 平頂山 467000)

對硅堆是否失效進行快速判斷是一個難點，現簡述一種快速判斷橋臂硅堆失效的方法，并舉例加以說明。應用此項技術，不僅可以提高工作效率，還為設備升級改造提供了技術支持。

硅堆；變流器；晶閘管；故障判斷

0 引言

在變流電路中，經常使用硅堆。研發一種快速判斷硅堆是否失效的技術，不僅成為工作現場的迫切需求，也是設備科研單位研究的主要內容之一。

1 判斷硅堆失效的難點

在大功率整流、逆變電路中，通常使用晶閘管、場效應管作為基本的控制元件。三相整流和逆變電路大多采用上述元件組成的6個套件，俗稱“硅堆”。硅堆的基本結構如圖1所示。

圖1 硅堆內部結構

在變流電路中我們經常使用這種通過電容及電阻組合的部件，如圖2所示。圖中有晶閘管符號的方框表示由多個晶閘管串并聯組合而成的硅堆。

圖2 硅堆應用舉例

在使用這種由硅堆組成的電氣設備時，經常會出現某個硅堆失效的故障。在直流提升機控制電路中，其勵磁和電樞兩部分用的硅堆有18個之多。由于設備中硅堆的數量較多，快速判斷具體的故障硅堆、提高工作效率就成為一個較為迫切的問題。

晶閘管是一個多PN結的元件，失去控制的晶閘管停機后電路的外在表現大多一致，往往為阻斷狀態，而有些被擊穿的晶閘管在設備停電后也能恢復為高阻狀態，這就為區別硅堆的好壞帶來了困難。

目前的檢測采用的是停機后逐個替換法，這種靜態測量阻值的方法有一個缺陷，即不能快速高效地區別故障硅堆，只能用逐個替換、反復通電試車的方法找出故障硅堆，造成維修替換的時間較長、重復工作量大、工作效率低下的局面。因此，研發出一種能快速判斷硅堆好壞的技術，已成為工作現場的迫切需求。就目前來看，硅堆故障判斷還沒有完全整合成一項專有技術，用以實現快速可靠的自動檢測和判斷。

2 一種快速判斷硅堆失效的方法

結合現場實際情況，經過改進，研發出一種設備帶電檢測方法，可以實現硅堆故障的快速判斷。

該方法如圖3所示，即在設備的一側加上可隨時轉換的真、假負載刀閘或臨時接線，在硅堆通電運行的狀態下進行測量和判斷故障部件，原理是通過測量硅堆的陰、陽極電壓變化進行判斷。也可在原有的負載下，在硅堆兩端加裝電壓測量裝置，通過PLC對測量值進行比對，然后自動測出和顯示故障硅堆。當硅堆正常時，橋臂硅堆兩端的電壓隨給定電壓的變化而變化，橋臂各個硅堆兩端電壓基本一致，當硅堆失效時，損壞的硅堆兩端電壓值與正常晶閘管兩端電壓值是不一樣的，通過對比就可快速找出故障部件。利用這一原理進行判斷，能大大節省時間，提高工作效率。

圖3 假負載及橋臂電壓的測量

3 應用實例

結合現場實際，以提升機為例說明。如圖3所示，在晶閘管兩端臨時加入一個電壓表V1，在負載側加一個與整流電壓一致或略高于整流電壓的較大瓦數燈泡(通過白熾燈的串并聯實現假負載)，作為電路的臨時負載。通過假負載的電流效應使橋臂上的硅堆產生電壓，為測量數值的對比提供條件。

由于直流電動機的電樞內阻較小，假負載的估值用經驗估值，約為100 Ω，也可用測量現場提升機電樞內阻的辦法確定。使用白熾燈作為假負載的功率瓦數不能太低，功率瓦數越大則電阻值越小，估值約1 000 W。負載阻值的大小一般應保證能有較大電流通過，滿足測量精度的要求，這樣可使故障硅堆和正常硅堆兩端的測量電壓差比較明顯，便于區分硅堆的好壞。

圖3中的V1電壓表，這里可在同等給定條件下用電壓傳感器分別測量6個硅堆端電壓，再分別輸入PLC進行對比判斷。當出現端電壓差別變化時，PLC經過內部程序的對比邏輯運算，運用硅堆地址對照表明確故障硅堆部件。采用PLC技術判斷故障不僅能實現設備運行的即時控制和信號輸出，如果配合設備安全閉鎖控制條件，還可以開發出能自動指示硅堆故障和進行遠程監控的設備，此處不再具體說明。

工作現場也可用這一原理快速判斷故障硅堆。當測到某硅堆兩端電壓值與相鄰橋臂上硅堆電壓有較大差別時，此處硅堆為故障硅堆。即利用橋臂各個硅堆兩端電壓基本一致的原理進行故障硅堆判別。

缺臂帶電運行是采用上述技術的前提條件。一些硅堆上加裝有快速熔斷器，其作用是防止橋臂上硅堆擊穿后造成的鄰相間交流短路。采用這一技術不僅可以明確判斷出故障硅堆，而且可為使用上述帶電測量方法提供一個可行的環境。圖3中橋臂上的電抗器作用即是如此。采用熔斷器熔斷信號指示，只能判斷擊穿類故障硅堆，對硅堆內部觸發失效等開路故障還是不能快速判斷，該類故障硅堆仍然要用帶電檢測方法進行判斷。

當然，在進行真、假負載轉換的過程中，要注意機械設備的安全操作要求。以提升機為例，其操作重點是應防止“跑車”事故的發生。在假負載下進行逐個測量時，首先要閉鎖盤形閘的油路，保證盤面處在抱閘位置；解鎖設備運行的安全條件，順利啟動設備；真、假負載轉換的電路中要設置可靠的油泵啟動閉鎖開關，其開關(觸點)要與轉換刀閘的位置同步動作或先進行操作等。

4 結語

本文所述的快速判斷橋臂硅堆失效的方法，在平煤集團、平寶公司等單位使用后取得了較好效果，達到了快速判斷故障、提高工作效率的目的。該方法結合PLC故障檢測技術的應用，為遠程故障判斷和顯示、控制智能化提供了技術支持，亦為設備改造升級提供了新的思路。

2014-06-20

梁曉紅(1978—)，女，河南洛陽人，工學碩士，講師，主要從事機電一體化專業的教學和研究工作。