主井提升系統(tǒng)整流柜快熔斷故障分析與處理

孫彩宏,朱家斌,魏云鵬,萬(wàn) 鑫,崔志強(qiáng)

(1.鐵法能源公司曉明礦,遼寧調(diào)兵山112700;2.遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司,遼寧調(diào)兵山112700)

1 前言

整流柜快速熔斷器是一種過(guò)流保護(hù)元件,它主要是在電路發(fā)生短路后熔絲迅速熔斷防止大電流損壞整流柜的作用。若整流柜內(nèi)發(fā)生故障,造成正負(fù)母線之間弧光短路,則運(yùn)行的整流柜均會(huì)向故障點(diǎn)注入短路電流,假如快速熔斷器沒(méi)有迅速熔斷,則巨大的短路電流會(huì)造成整流柜爆炸。分析原因可歸結(jié)為整流柜內(nèi)整流元件擊穿、整流元件或絕緣件受潮、絕緣件表面灰塵積聚、不停電檢修或運(yùn)行中測(cè)試時(shí)造成短路、觸發(fā)電路工作不可靠致使整流元件失去正常導(dǎo)通或阻斷能力形成短路等。

2 工程背景

2.1 主井提升系統(tǒng)概況

某礦井核定生產(chǎn)能力為195 萬(wàn)t/a,設(shè)主、副井二個(gè)井筒,一個(gè)水平生產(chǎn)。主井井筒直徑為5 m。副井井筒直徑為7 m。主井提升設(shè)備采用UP1 ×4 ×3.2/0.85 纏繞式提升機(jī)一臺(tái),塔式布置,8 t 箕斗一對(duì)。2 ×800 kW 直流電動(dòng)機(jī)雙機(jī)拖動(dòng),提升最大速度為7 m/s,是全礦井煤炭提升任務(wù)的主力軍。

2.2 提升傳動(dòng)系統(tǒng)概況

主井提升傳動(dòng)部分采用1#、2#兩套電流閉環(huán)傳動(dòng)系統(tǒng)(每套包括一臺(tái)西門(mén)子6RA70 數(shù)字調(diào)速裝置、一臺(tái)整流柜、一臺(tái)整流變壓器、一臺(tái)直流快速斷路器和一臺(tái)電抗器),分別向1#、2#兩臺(tái)電機(jī)電樞供電,供電方式為6 脈動(dòng)。1#傳動(dòng)系統(tǒng)的整流變壓器采用Δ/Δ 繞組方式,2#傳動(dòng)系統(tǒng)的整流變壓器采用Δ/Y 繞組方式,因此綜合到電網(wǎng)原邊仍為12 脈動(dòng)的效果,能降低諧波污染[1]。1#、2#兩套電樞整流裝置分別采用獨(dú)立的電流閉環(huán)控制,采用同一電流給定值施加于兩套傳動(dòng)系統(tǒng)的電流閉環(huán)控制方式,確保了兩臺(tái)電機(jī)參數(shù)相同的情況下,出力也一致。

1)整流柜裝置概況

1#、2#整流柜選用3 000 A 風(fēng)冷可控硅元件,組成全控三相橋,同時(shí)配備與2#整流柜相同功能的3#整流柜做為備用裝置,保證任1 套電樞整流裝置能同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)。當(dāng)其中1 套電樞整流裝置出現(xiàn)故障時(shí)由另外1 套電樞整流裝置給兩臺(tái)電機(jī)供電將箕斗提到卸載位置。每臺(tái)整流柜中的可控硅均設(shè)有快速熔斷器進(jìn)行保護(hù),并在快速熔斷器熔斷后發(fā)生相應(yīng)的報(bào)警信息。同時(shí)還具有接地和短路保護(hù)功能。

2)調(diào)節(jié)柜裝置概況

調(diào)節(jié)柜內(nèi)主要器件包括調(diào)節(jié)器(西門(mén)子6RA70數(shù)字調(diào)速裝置)、中間繼電器、開(kāi)關(guān)電源、斷路器和接觸器等。

3 整流柜快速熔斷器故障

3.1 整流柜快速熔斷器故障現(xiàn)象

主井提升系統(tǒng)2#整流柜在電流為1 000 A 以下時(shí)可正常啟動(dòng),當(dāng)電流繼續(xù)上升時(shí),“快熔斷”報(bào)警指示燈亮起,整流柜內(nèi)1 個(gè)快速熔斷器熔斷,電機(jī)聲音異常。

3.2 整流快速熔斷器熔斷可能因素

本著從整流柜本體到主傳動(dòng)系統(tǒng)查找故障點(diǎn)的原則,初步分析有可能為以下幾點(diǎn):

(1)2#整流柜中主要元件(如可控硅、快速熔斷器)老化,因?yàn)橹鱾鲃?dòng)系統(tǒng)運(yùn)行已使用近13年。可控硅或快速熔斷器等器件的運(yùn)行特性發(fā)生變化,形成短路導(dǎo)致快速熔斷器熔斷。例如可控硅應(yīng)在阻斷期間失去阻斷能力,或應(yīng)在導(dǎo)通期間失去導(dǎo)通能力[2]。

(2)可控硅整流柜冷卻不正常,也會(huì)導(dǎo)致快速熔斷器熔斷。

(3)電抗器故障,出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的工作情況。

(4)脈沖信號(hào)受到干擾也會(huì)造成可控硅導(dǎo)通異常。例如干擾信號(hào)加載到正常脈沖信號(hào)上就會(huì)引起整流橋短路。

(5)數(shù)字調(diào)速裝置6RA70 受到大電流沖擊后損壞,觸發(fā)電路分配給晶閘管的脈沖波形參差不齊,脈沖丟失或脈沖延時(shí)等,造成晶閘管換相失敗,從而使直流電動(dòng)勢(shì)和交流電源電壓順向串聯(lián)形成短路。

4 故障分析及處理

4.1 故障分析

1)整流柜的檢查

考慮可控硅絕緣件表面灰塵積聚,引起絕緣破壞,或者可控硅老化,對(duì)可控硅抽屜內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)檢查測(cè)試[3]。

(1)不送電的情況下,測(cè)量每個(gè)抽屜中可控硅的電阻值,標(biāo)準(zhǔn)值為8～28 Ω。經(jīng)測(cè)試其中1 臺(tái)可控硅的電阻值為30 Ω,將其更換,對(duì)換下的可控硅進(jìn)行導(dǎo)通性測(cè)試,確認(rèn)可控硅性能無(wú)異常。

(2)更換熔斷的快速熔斷器,更換后的快速熔斷器滿足要求。

(3)更換電流互感器,對(duì)換下的電流互感器進(jìn)行測(cè)試,確認(rèn)電流互感器性能無(wú)異常。

(4)排查每個(gè)晶閘管抽屜上航空插頭的接觸情況,經(jīng)檢查每個(gè)航空插頭接線牢固無(wú)松動(dòng)確保輸入電壓正常。

(5)逐一更換晶閘管保護(hù)器,對(duì)換下的晶閘管保護(hù)器進(jìn)行測(cè)試,確認(rèn)晶閘管保護(hù)器性能無(wú)異常。

(6)冷卻風(fēng)機(jī)檢查無(wú)異常。

(7)電抗器檢查無(wú)異常。

2)主傳動(dòng)系統(tǒng)檢查

脈沖信號(hào)受到干擾也會(huì)造成可控硅導(dǎo)通異常[4-5]。對(duì)2#整流柜的直流輸出和交流輸入電纜線和柜體本身進(jìn)行絕緣阻值測(cè)試,經(jīng)測(cè)試阻值均為∞,無(wú)干擾信號(hào)。并將3 號(hào)整流柜的直流輸出電纜接入2#整流柜的C、D 母排,排除電纜問(wèn)題,經(jīng)排查電纜無(wú)異常。

3)可控硅觸發(fā)波形檢查

對(duì)整流柜脈沖原邊和付邊波形進(jìn)行測(cè)量,當(dāng)檢查6RA70 數(shù)字調(diào)速裝置輸出脈沖波形時(shí)發(fā)現(xiàn)波形參差不齊。絞車正常提升時(shí)的脈沖波形如圖1所示,有故障時(shí)的脈沖波形如圖2所示。

圖1 正常脈沖波形

圖2 故障脈沖波形

從波形上可以看出,正常時(shí)分配的6 個(gè)脈沖波形長(zhǎng)短一致,而故障時(shí)分配的6 個(gè)脈沖波形中有1個(gè)最短波、2 個(gè)較短波、2 個(gè)較長(zhǎng)波和1 個(gè)最長(zhǎng)波,說(shuō)明觸發(fā)電路分配給晶閘管的脈沖不可靠,造成脈沖延時(shí)使晶閘管不能正常換相,這也是導(dǎo)致整流橋短路后快速熔斷器熔斷的原因。

4.2 故障處理

通過(guò)故障分析,主井提升系統(tǒng)整流柜快速熔斷器熔斷的主要原因是由于6RA70 數(shù)字調(diào)速裝置損壞,不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖,致使晶閘管不能正常換相,使交流電源電壓和直流電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián),形成短路,快速熔斷器熔斷,于是更換6RA70 數(shù)字調(diào)速裝置。更換后異常波形恢復(fù)正常,經(jīng)過(guò)反復(fù)試運(yùn)轉(zhuǎn),整流柜快速熔斷器未發(fā)生熔斷現(xiàn)象。可見(jiàn)此類問(wèn)題的分析方法可通過(guò)波形、觸發(fā)脈沖分析觸發(fā)導(dǎo)通角、波形畸變判斷故障原因。

5 結(jié)論

主井提升電控系統(tǒng)在日常的運(yùn)行維護(hù)中要定期使用示波器測(cè)試整流柜的輸出波形,日常巡檢中加強(qiáng)整流元件和絕緣件的阻值測(cè)試,定期清掃絕緣件表面灰塵,如果發(fā)現(xiàn)異常,及時(shí)排查隱患,將故障消滅在萌芽狀態(tài),減少提升系統(tǒng)停運(yùn)的影響。