基于絞車變頻IGBT模塊故障頻發問題的分析

楊建生

(大竹縣堡子礦業有限責任公司， 四川 大竹 635118)

0 引言

堡子煤礦井下第一臺隔爆型變頻絞車于2014年7月在+150水平下二采區軌道下山開始使用。2015年3月份起，該變頻器多則一個月、少則十余天，就會出現IGBT模塊損壞問題，不但花費了數萬元的維修費用，而且嚴重影響了+150水平下二采區的正常生產。為解決+150水平下二采區提升運輸問題，2015年9月在絞車硐室前端安裝了一臺JTB-0.8×0.6W帶式制動礦用提升絞車，在變頻絞車出現故障后，作為臨時提升運輸使用。煤安監技裝〔2018〕39號文件《國家煤礦安監局關于發布禁止井工煤礦使用的設備及工藝目標(第四批)的通知》出臺后，該絞車不但提升速度較慢，每次只能提升一個礦車，而且軌道下山安設的常閉式柔性擋車欄是與變頻絞車聯動運行的，使用該絞車時擋車欄無法聯動運行，只能靠人工手動操作遠控按鈕控制，極大地降低了提升運輸的安全性[1]。因此，必須徹底解決變頻器IGBT模塊頻繁損壞的問題。

1 變頻器模塊故障的原因分析

1) 絞車供電電源。按照《+150水平下二采區設計說明書》的要求，采用專用開關、專用變壓器、專用線路進行供電。一臺KBSG-100/6/(0.69/0.4 kV)隔爆型干式變壓器的供電能力，完全能滿足電動機功率為75 kW的變頻絞車用電負荷需求，且硐室內主電源電纜和控制電纜均采用的是屏蔽電纜，接地及接地值均符合規定要求。但據絞車司機反映，絞車操作臺顯示的電壓一般都在660～740 V，有時瞬間電壓甚至會高達到800 V以上。 由此可見，電壓過高、瞬間過電壓有可能是導致變頻器IGBT模塊故障的主要原因。

2) 礦井供電系統分析。鑒于地方電力公司供電質量的客觀問題，堡子礦定制了適用于自身礦井井下設備運行需要的10.0 kV/6.5 kV兩臺主變壓器，以提高井下6 kV級供電電壓，確保井下設備能正常啟動和運行。根據近年來地變所運行記錄統計分析，地面10 kV級電壓波動范圍在9.0～10.5 kV，井下6 kV級電壓波動范圍在5.85～6.83 kV。以此推算，井下低壓660 V級電壓波動范圍約為650～750 V，與絞車司機反映操作臺上顯示的電壓吻合。查閱絞車變頻器使用說明書，其額定運行電壓為660 V±5%(627～693 V)，極值電壓不能超過±10%(594～726 V)，超過其極值電壓時，就有可能造成IGBT模塊損壞的危險。經查該絞車變頻器IGBT模塊長期處于超過其極值上限的電壓下運行，再加上有時高達800 V以上的瞬間過電壓，從而導致變頻器IGBT模塊故障頻發。

2 解決方案

從變頻器上下限極值電壓來看，其電壓波動范圍為594～726 V，波動幅度為132 V[2];井下低壓660 V級電壓實際波動范圍為650～750 V，波動幅度為100 V左右。變頻器上下限極值電壓波動幅度大于井下低壓660 V級電源電壓波動幅度，故只要把井下低壓660 V級波動上限電壓降至變頻器上限極值電壓以下，絞車電源電壓波動范圍下限也不會超過變頻器下限極值電壓范圍，變頻器就可在相對安全的電壓內運行。同時,定制一臺適用于二采區絞車變頻器運行電壓的變壓器，確保其電壓不超過變頻器的極值電壓范圍，換下來的變壓器依然可以在礦井其他地點使用。

3 實際應用情況

2019年5月，當一次側為7.2 kV、6.5 kV、5.8 kV，二次側為0.693 kV的隔爆型干式變壓器投入使用后，絞車電源電壓一般都在620～690 V，再更換了耐壓值1 700 V的IGBT模塊。變頻器IGBT模塊再未出現過因電壓過高、瞬間過電壓而損壞的問題。

4 結論

通過對絞車變頻及電控設備、司機操作方法、硐室環境、地方電力供電質量、礦井供電系統等進行深入分析，找準了變頻器IGBT模塊損壞的主要原因和解決方法。定制了一臺適用于二采區絞車變頻器運行電壓的特殊變壓器，更換了耐壓值更高的IGBT模塊。從根本上解決了因電壓過高、瞬間過電壓，導致變頻器IGBT模塊故障頻發的問題。杜絕了臨時使用JTB-0.8×0.6W帶式制動礦用提升絞車時的安全隱患，確保了二采區正常生產和提升運輸安全，符合了國家煤礦安監局相關規定，也為堡子礦井下以后新增或技改絞車變頻提供供電設計依據。