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ABB高壓變頻器水冷系統(tǒng)特殊故障的研究

發(fā)布時(shí)間:2012-2-20 22:45    發(fā)布者:1770309616
關(guān)鍵詞: ABB , 高壓變頻器 , 故障 , 水冷系統(tǒng)
1 引言
  近年來,由于需求和技術(shù)的不斷提高,高壓變頻器應(yīng)用越來越廣。而在大容量的高壓變頻器中,為了有效散熱,多采用水冷式。由于水管密布于高壓母線和功率元件周圍,對(duì)水質(zhì)安全要求高,不允許斷流,其監(jiān)測(cè)回路和工藝流程較復(fù)雜,故障幾率也較高。1995年,中國石油吉化有機(jī)合成廠乙丙項(xiàng)目引進(jìn)高壓水冷式變頻器一臺(tái),在使用中出現(xiàn)一些故障,由于對(duì)該設(shè)備掌握不夠,處理中走了很多彎路,因此有必要將多年維修經(jīng)驗(yàn)加以歸納,以饗讀者。
2 高壓變頻器水冷技術(shù)基本原理
  2.1 散熱問題概述
  變頻器散熱很重要。溫度過高對(duì)任何設(shè)備都具有破壞作用,但就多數(shù)設(shè)備而言,其破壞作用常常是比較緩慢的,受破壞時(shí)的溫度通常是不很準(zhǔn)確的,而惟獨(dú)在spwm逆變電路中,溫度一超過某一限值,會(huì)立即導(dǎo)致逆變功率管的損壞,并且該溫度限值往往十分準(zhǔn)確。在spwm逆變橋中,每一橋臂的上、下兩管總是處于不斷地交替導(dǎo)通的狀態(tài),或由上管導(dǎo)通、下管截止轉(zhuǎn)換為上管截止、下管導(dǎo)通。在交替過程中,一旦出現(xiàn)一管尚未完全截止,而另一管已經(jīng)開始導(dǎo)通的狀況,將立即引起直流高壓經(jīng)上管和下管“直通”,相當(dāng)于短路,于是上下兩管必將立即被損壞。為了避免上述現(xiàn)象的出現(xiàn),在交替的控制電路中,必須留出一個(gè)“等待時(shí)間”(死區(qū))。等待時(shí)間的長(zhǎng)短:一方面必須足夠長(zhǎng),以保證工作的可靠性;另一方面,必須盡量短,否則將引起調(diào)制過程的非線性,從而影響逆變后輸出電壓的波形和數(shù)值,所以,其裕量是很小的。
  溫度升高時(shí),由于半導(dǎo)體對(duì)溫度的敏感性,上下兩管的開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間,以及由延遲電路產(chǎn)生的等待時(shí)間,都將發(fā)生變化,并且具有比較準(zhǔn)確的變化規(guī)律。當(dāng)溫度一旦超出某一限值時(shí),將導(dǎo)致“等待時(shí)間”的不足,使逆變電路的輸出波形出現(xiàn)“毛刺”,最終逆變管因直通而損壞。
  因此,變頻器的散熱問題是至關(guān)重要的。
  變頻器的發(fā)熱和任何其他設(shè)備一樣,發(fā)熱總是由內(nèi)部的損耗功率產(chǎn)生的。在變頻器中,各部分損耗的比例大致為:逆變電路約占50%;整流及直流電路約占40%;控制及保護(hù)電路占5%-15%。粗略地說,每1kva的變頻器容量,其損耗功率約為40-50w。
  2.2 基本原理介紹
  以乙丙裝置高壓變頻器為例,乙丙裝置變頻器采用abb的samimegaster變頻器,型號(hào)為1250d3300,其電壓等級(jí)為3.3kv,驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率850kw。經(jīng)測(cè)量,其總功耗為14kw,計(jì)算得出的需要最小冷卻水流量為29l/min(保證溫度為38℃時(shí))。水冷裝置工藝流程如圖1所示。

  板式換熱器ph1通過外部循環(huán)水對(duì)變頻器內(nèi)部乙二醇水溶液進(jìn)行冷卻,調(diào)節(jié)閥cv1根據(jù)內(nèi)部水溫控制開、關(guān)以保證變頻水溫度變化在允許范圍內(nèi)。二臺(tái)水泵p1、p2互為備用,將水泵入直流母線和環(huán)繞型gto,單向閥bv1、bv2阻止回流。放氣罐dv1用于儲(chǔ)存水溶液,并分離氣體,通過自動(dòng)放氣閥adv1排氣。ev1與放氣罐dv1聯(lián)通,用于提供系統(tǒng)基本壓力。
  檢測(cè)回路由壓力、電導(dǎo)率和溫度檢測(cè)組成,用于監(jiān)測(cè)水的泄漏、絕緣、冷卻效果。冷卻水的壓力由v15閥、壓力傳感和變送器pst1和壓力計(jì)來測(cè)量。變送器可產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的ma信號(hào),上傳給水冷系統(tǒng)sadc10in卡,與設(shè)定值比較,如果超過設(shè)定值,比較卡會(huì)產(chǎn)生一個(gè)觸點(diǎn)分離信號(hào),通過di/o卡傳給cpu進(jìn)行處理。冷卻水的溫度由pt-100傳感器ts1測(cè)量,檢測(cè)點(diǎn)在換熱器的高溫端。實(shí)際的溫度值由溫度轉(zhuǎn)換器tt1讀取。該卡產(chǎn)生一個(gè)與溫度成正比的ma信號(hào)。如水溫高于設(shè)定值的話,信息通過扁平電纜傳到sadc59di/o卡。該卡上傳cpu卡。電導(dǎo)率檢測(cè)與此相類似,不贅敘。
  當(dāng)系統(tǒng)需要補(bǔ)液時(shí),通過手動(dòng)泵hp1從rt1備用儲(chǔ)水罐中將水抽出,通過閥v19、v14將冷卻液補(bǔ)充到系統(tǒng)中。單向閥v19防止系統(tǒng)水倒灌。
3 特殊故障實(shí)例的分析
  3.1水壓不足
  (1) 現(xiàn)象
  冷卻水壓力過低造成停車。
 。2) 分析
  首先在水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),對(duì)壓力系統(tǒng)檢測(cè),對(duì)照盤面壓力表pm1和盤內(nèi)壓力表pg1,指示一致,證明壓力檢測(cè)回路無誤。壓力指示均為3bar,小于正常壓力4.55bar,說明水壓不足。檢查軟管接頭和白鋼管彎頭等,未發(fā)現(xiàn)明顯泄漏,且壓力基本保持不變。懷疑系統(tǒng)中有氣或系統(tǒng)自然損失造成壓力降低。檢查排氣裝置v12閥和adv1均無異常。因當(dāng)時(shí)必須及時(shí)恢復(fù)生產(chǎn),對(duì)系統(tǒng)測(cè)試絕緣正常,決定進(jìn)行充液和放氣,使壓力恢復(fù)到4.55bar,系統(tǒng)開車正常。
  然而一個(gè)月后,再次因壓力過低停車,與上次故障相同。懷疑有隱蔽的泄漏點(diǎn)。將所有柜底擦凈,鋪上白紙,一小時(shí)后,在3#柜底的紙上出現(xiàn)水痕。打開3#柜上蓋,拆除保護(hù)板,充電電阻等,直到拆到一塊觸發(fā)板時(shí),發(fā)現(xiàn)其頂部一管接頭上有細(xì)小水珠,打開接頭,管接頭上水管已裂開。其連接裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。將軟管裂開段切除,重新聯(lián)接,上緊。經(jīng)24h運(yùn)行,柜下無水痕,故障排除。

 。3)小結(jié)
  水壓不足故障屬多發(fā)故障,一般是由于泄漏引起,應(yīng)集中對(duì)彎頭和接頭處檢查,通常較易處理。像本例中這樣非常隱蔽的故障點(diǎn),決不能靠不斷補(bǔ)水來維持運(yùn)行。因?yàn)槁┧鹪g、板卡損壞,引發(fā)二次故障,造成維修困難,所以必須早發(fā)現(xiàn)、早處理。
  3.2 水溫過高
  (1)現(xiàn)象
  裝置大檢修后,變頻器開車1h,因水溫超過上限(55℃)停車。
 。2)分析
  檢測(cè)冷卻水溫度傳感器ts1阻值正常,查從控制板到di/o卡扁平電纜連接妥當(dāng),供給tt1的220v正常。排除檢測(cè)回路故障可能。檢查冷卻水壓力無異常,懷疑外循環(huán)冷卻水溫度過高,冷卻效果不足。但經(jīng)詢問工藝人員,乙丙裝置循環(huán)水溫度與大修前一樣。檢查v22、v23閥開度正常,將閥開到最大。再次開車,檢查溫度控制器cr72正反向控制正常,cv1調(diào)節(jié)閥也在溫度高時(shí)打開,但溫度不降反升。判斷為外部循環(huán)水流量不足。遺憾的是,安裝時(shí)未留下外循環(huán)水管線流程資料,只能沿管線查找,經(jīng)過一天的努力,一位有經(jīng)驗(yàn)的化工終于在200m以外的地方找到了外循環(huán)水閥門。原來,在大修時(shí),化工將該閥誤關(guān)了幾圈。造成外循環(huán)水流量不足,使變頻停車。
  (3)小結(jié)
  本故障的特殊性在于故障部位出人意料。這就再次提醒我們,在維修中,一定要真正掌握水冷系統(tǒng)流程,不留死角,才能及時(shí)、準(zhǔn)確地解決問題。
  3.3 變頻器頻繁超壓停車
 。1)現(xiàn)象
  壓力隨溫度變化異常波動(dòng)。當(dāng)水溫26℃時(shí),壓力為52psi;當(dāng)升到32.8℃時(shí),壓力為80psi。溫度再升高,就因壓力超限停車。
。2)分析
  首先對(duì)壓力系統(tǒng)檢測(cè),證明壓力表指示正常,壓力檢測(cè)回路無誤。在室溫下,變頻器不工作,只在水泵運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)壓力在4.25bar左右,壓力正常。故障一時(shí)查不清楚,而當(dāng)時(shí)生產(chǎn)不允許長(zhǎng)時(shí)間停車,決定采取臨時(shí)措施開車,即將控制調(diào)節(jié)閥的溫控器cr72溫度范圍縮小。溫控器采用帶有中性區(qū)的溫度調(diào)節(jié)如圖3所示,輸出out1作為反向(關(guān)閥)操作,并在測(cè)量值低于設(shè)定值set1-p03/2-p01時(shí)有效,輸出保持有效直到測(cè)量值返回到set1-p03/2時(shí)為止;輸出out2作為正向(開閥)操作,并在測(cè)量值高于設(shè)定值set1+p03/2+p02時(shí)有效;輸出保持有效直到測(cè)量值返回到set1+p03/2時(shí)為止。主要參數(shù)表修改如附表所示,使溫度調(diào)節(jié)范圍縮小。
  在停車檢修期間,重點(diǎn)對(duì)ev1膨脹瓶的進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)其底部有一氣嘴,因無相關(guān)資料,從流程圖猜測(cè),其內(nèi)應(yīng)半氣半液,中間用膜片分隔,以平衡水系統(tǒng)壓力。果然,發(fā)現(xiàn)其底部確有一個(gè)氣嘴。輕輕頂起氣嘴單向閥,無氣流出,證明氣室內(nèi)無基本壓力。找來一個(gè)車用打氣泵(帶壓力表),向瓶?jī)?nèi)補(bǔ)氣到1bar,保壓20min,證明膜片無泄漏。回裝,經(jīng)過補(bǔ)液和放氣,系統(tǒng)壓力不再隨溫度波動(dòng),將溫控器調(diào)回初始設(shè)定,開車一切正常?梢,正常情況下,膜片因受氣壓作用,產(chǎn)生一定變形,以補(bǔ)償水隨溫度升高膨脹的體積,而當(dāng)基本壓力消失后,膜片被頂?shù)筋^,水再膨脹,壓力迅速上升,造成系統(tǒng)超壓。

 。3)小結(jié)
  本故障非常有代表性,在運(yùn)行多年的變頻器水冷單元都會(huì)出現(xiàn)。在日常的維護(hù)和點(diǎn)檢中,一定注意定期向ev1膨脹瓶中補(bǔ)充基本壓力。
4 結(jié)束語
  實(shí)踐證明,處理高壓變頻器水冷系統(tǒng)故障之前,必須全面理解工藝流程,通曉所有圖紙,才能迅速找到原因,避免浪費(fèi)時(shí)間。定期的維護(hù)與保養(yǎng)也非常重要,如壓力檢測(cè)、更換離子交換器化合物、更換機(jī)械過濾器、清掃灰塵等。對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)要十分小心,對(duì)水冷系統(tǒng)的任何疏忽,都可能會(huì)造成無法彌補(bǔ)的損失。

來源:工控網(wǎng)
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