串联12脉整流装置介绍及故障分析

刘 阳，牛慧林，马 宁，宋晓西，王彦达

（河北钢铁集团沙河中关铁矿有限公司，河北 邢台 054100）

整流电路广泛应用于冶金、矿山等工业领域，它有6脉和12脉串联和12脉并联等多种应用形式。矿山领域提升系统多选用六相△Y形串联桥式整流电路。

1 串联12脉系统组成

由于矿山主井提升系统电机功率较大，导致整流装置功率进一步增大，它所产生的谐波，无功功率等对电网的干扰也随之增大。为了减少干扰，采用多重联结可以减少交流侧输入电流谐波，而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制的方法可以提供功率因数，减轻干扰。

两个6脉串联，可以获得12脉串联电路，为了获得12相波性，每个波头应该错开30度，所以采取三绕组变压器，次级的两个绕组一个接成星形，另一个接成三角形，分别供给两组三相桥。两组整流桥串联后接到负载。两组整流桥输出的电压的相位彼此相差30度，因此电机负载的电压等于两个整流桥的电压之和，两个整流桥的电流相等。电气图见图1。

图1 12脉串联整流电路

2 设备配置简介

以中关铁矿为例，说明设备选型情况，下图2为传动系统配置图。

高压进线系统采用的是10KV进线电压，当断路器合闸后，输入到整流变压器的一次侧。经过整流变压器二次侧变压后，电压为425V，两台变压器的相位相差30度，分别为两个整流模块DCS800-S02-5200供电。

DCS800整流模块额定的直流电流为5200A，最大过载的电流为7366A，可以满足提升机正常的需求。

模块的测速部件选用编码器进行测测速，6脉时候分别接入到各自模块。当采用12脉（2个模块串联工作方式）时，选用主变流器上的测速数值。

图2 传动系统配置图

OE1、OE2、OE3、OE4是隔离开关，12脉串联运行时，OE1和OE3隔离开关吸合，OE2和OE4隔离开关断开状态。这时候两个直流模块同时运行；当其中一个变流器有故障时，采取另外一个变流器工作的方式，那么相应切换对应的隔离开关就可以，6脉运行的方式是转矩最大，但是速度是最大速度的一半。

励磁部分选用单独的励磁单元。用的是DCS800，D1系列模块，固定励磁电流是307A。传动系统间的通讯方式采用DCSlink通讯方式。采用了SDCS-DSL-4的通讯板。 当采用2个DCS800串联时，励磁模块的控制由主变流器进行控制，当6脉时，分别由工作的变流器进行控制。

2.1 整流变压器选型

整流变压器具有以下特点：①绝缘等级高：由于整流变压器经常通过大电流，而且波动较快，启停频繁，因此整流变压器绝缘等级高，才能充分保证设备可靠运行。②机械强度高：整流变压器具有较强的机械强度，由于电流较大，电磁引起的振动较大，因此在设计时充分考虑到接卸强度。

选用1.Dyn11和Dd0变压器各1台容量为2300KVA。选用DYN11的意义是高压侧三角形接法，低压侧星型接法；低压侧中性点引出，同时高低压差相位差30度，由于单相负载多；系统有较大的谐波存在，有消谐作用。Dd0变压器是高压侧三角形接法，低压侧星型接法，高低压侧相位差0度。两台变压器输入为10KV，输出为425伏的干式变压器。

2.2 传动装置选择

传动装置直流模块选用ABB产品，型号为DCS800-S02-5200-05的模块，参数：5200A，500V；励磁模块选用ABB产品，型号为DCS800-S02-0140-04的模块，参数：140A，400V。

2.3 晶闸管的过电流保护

系统运行有问题时，大部分都是过电流情况引起的，针对过电流故障，可以采取不同的保护措施，其中采取快速熔断器是比较常用的办法。对于晶闸管开始开通时的引起的较大的电流，采取在晶闸管阳极串入电感进行抑制。如图4所示。

图4 晶闸管电流保护电路

2.4 晶闸管过电压保护

系统中发生过电压时，主要来自外部和内部两种情况，外部过电压来自系统操作或者雷击等恶劣天气影响，内部过电压主要是来自装置内部元器件开关的过程，如换向时和关断时引起的过电压，为避免系统过电压，一般情况下在晶闸管两端并联RC电容，如图5所示。

图5 过电压保护电路

3 传动系统常见故障分析及处理办法

系统发生故障时应该了解设备故障现象，查看设备运行记录，同时准备好图纸资料和相关电气工具如：万用表、示波器、螺丝刀、扳手等。

（1）可控硅故障：故障现象是提升设备无法启动运行，在启动过程中只能看到直流电流有数据显示，变流器输入的主电压正常，但是输出回路的直流电压没有指示。

故障分析与处理：这是一种最常见的故障现象，原因可能是，变流器输出的脉冲可能有缺脉冲的情况，这时候，在变流器的输出端，接上示波器进行检查，如果发现脉冲有问题，缺少某个波头，就要进行处理。①检查设备的母线和控制线是否有断路、断路或者接触不良的情况；②检查变流器可控硅，检查熔断器等，如果发现可控硅有问题，要进行更换。如果逆变可控硅击穿需要更换可控硅。如果电容器击穿需要除损坏的电容器极柱。还有就是在系统断电的情况下，使用万用表测量各阻容回路的电阻值，查找开路点或短路点。

（2）散热片故障：故障现象是设备启动后，当电流增大时，设备过流保护动作，有时候由于启动时间过长，可能将会烧坏可控硅元件。故障分析及处理：这种故障现象发生主要是电流过大造成，负载原因或者别变流器原因，如果是变流器原因，一般是由于变流器表面的散热片损坏造成，由于散热片损坏，造成温升过高，致使保护动作。

（3）变流器的脉冲触发回路故障：在变流器运行过程中，如果触发脉冲突然丢失，将会造成变流器开路，有可能烧坏可控硅元件。

故障分析与处理：这种故障一般是变流器触发脉冲造成输出电路开路故障，可用示波器进行检查，也可用万用表进行检查，查找触发板原因或者线路原因造成。

（4）变流器整流桥故障，设备启动后电压难以升高，并且电抗器电抗器声音较大，并且声音比较发沉闷。故障分析及处理：这种故障大部分判断为整流桥出现问题，其主要原因是：整流可控硅开路、击穿、软击穿或电参数性能下降，用示波器观察各整流可控硅的管压降波形，需要将损坏的可控硅进行更换。具体现象就是当损坏的可控硅被击穿时候，其管压降波形为一条直线；软击穿时电压升到一定时为一条直线，电参数下降时电压升到一定值时波形发生变化。如果出现上述现象，直流电流就会出现断流现象，造成电抗器震动。缺少一组整流触发脉冲，用示波器分别检查各路触发脉冲，检查出没有脉冲的回路时，用倒推法确定故障位置，更换其损坏器件。当出现这种现象时，直流电压的输出波头就会缺少一个波头，造成电流断流，产生此故障现象。

（5）可控硅安装烧坏故障：可控硅在运行时候，频繁烧坏，当更换新的后，立即烧坏。故障分析及处理：这是一种让人比较头疼，维修比较困难的故障现象。可控硅的价格比较昂贵，而烧坏可控硅却让人防不胜防，所以在维修这类故障时要格外小心谨慎。我们在分析故障，介绍了一种烧坏可控硅的原因。除此之外，还有以下原因：可控硅在反相关断时，承受反向电压的瞬时毛刺电压过高，电源的主电路中，瞬时反相毛刺电压是靠阻容吸收电路来吸收的。如果吸收电路中电阻、电容开路均会使瞬时反相毛刺电压过高烧坏可控硅。在断电的情况下用万用表测量吸收电阻阻值吸收电容容量，判断是否阻容吸收回路出现故障。负载对地绝缘降低――负载回路的绝缘降低，引起负载对地间打火，干扰了脉冲的触发时间或在可控硅两端形成高压，烧坏可控硅元件。

（6）变流器故障：辅助电压故障：当直流模块运行时，辅助电源电压太低，需要检查电源板子和控制板；电枢过流故障：需要检查43组参数和20组参数设置情况，检查电枢接线情况和CT设备的接线情况。电枢过压故障，主要检查电压报警等级设置是否合理，参数组44是否合理，励磁电流是否过高等，检查主控板和检测电压信号板子的情况；直流模块温度过高故障：需要检查直流模块的门是否打开，风机的电源电压是否正确，风机的风向，风机的元件及风机周边环境的温度。漏电流检测故障，主要检测电流互感器的好坏，以及接线方式等。电机温度过高故障：等到电机冷却下来，电机风机将会持续运行等到电机冷却到温度报警值以下，只要电机还很热，不能复位故障，需要检测风机的电源、风机元件、风机的进出口和电缆等。

4 结论

串联12脉整流装置常应用于大功率电器厂所，系统设计对谐波有抑制作用，并且能够提高功率因数。整流装置故障大多是晶闸管故障，需要对电气图纸了解，根据具体的故障现象，进行处理。