中频炉故障分析与处理

包钢无缝厂顶头车间在线使用的1吨中频炉电源为KGPS-500型中频并联逆变装置。该电源主电路的工作原理如图1所示。

本装置的主电路的工作原理是将从电网输入的三相50HZ交流电经过三相全控整流桥整流成电压可调的脉动直流电, 通过电抗器Ld滤波成平滑的直流电, 送至单相逆变桥, 逆变桥的输出端接负载。其负载是由感应线圈 (包括加热元件) 及中频电热电容器组成的LC振荡电路。本装置的输出频率是决定于LC并联振荡器的谐振频率f, 由于逆变桥的触发脉冲信号取自负载回路, 所以当负载回路LC参数发生变化时, 逆变桥的输出频率也发生变化, 起到自动调频的作用。本装置的输出功率可以通过调节整流触发α来改变整流输出电压, 以达到调功率的目的。晶闸管中频电源容量大、频率高、使用条件较差, 且往往需要持续满功率运行, 因此需要加强清理尘埃、畅通水路等检查性保养工作。中频电源的控制形式较多, 在熟悉以上工作原理的基础上, 才能有效地分析、判断故障原因。中频炉发生故障后, 应首先对系统的绝缘进行检查, 用万用表1KΩ档检查对地电阻, 整流主回路应≧100KΩ, 逆变主回路应≧30KΩ, 换炉开关、感应圈、水冷电缆应≧10KΩ。

1 整流部分故障

(1) 输入的三相电流不平衡, 平波电抗器振动噪音大, 功率无法上升。这一故障现象的主要原因是快熔烧。发现快熔烧后, 应先检查损坏的快熔是否发热烫手, 排除快熔自身的原因后, 再检查整流晶闸管是否有击穿。 (2) 直流电压下降并不稳, 平波电抗器振动噪音大, 功率无法上升。这一故障现象的主要原因是整流晶闸管击穿。发现整流晶闸管击穿后, 应先检查快熔是否有问题, 再更换整流晶闸管。 (3) 平波电抗器冲击声大。这一故障现象的原因较复杂, 应先检查中频电压与直流电压比是否在1.3～1.5之间, 如果在正常比值范围内, 应检查整流晶闸管触发脉冲放大板指示灯是否正常, 平波电抗器自身绝缘是否正常;如果不在正常比值范围内, 应检查逆变侧。 (4) 整流直流电压偏低或电压跳动。这一故障有可能是触发脉冲宽度不够、或整流晶闸管性能不良、或整流触发板有虚焊、或调功率电位器接触不良。 (5) 三相断路器保护动作, 整流晶闸管击穿, 严重时损坏大部分整流电路元件。这一故障属于整流电路的恶性故障, 怀疑脉冲变压器原副边击穿短路, 先用万用表电阻档R×1Ω档测三相全控式整流触发电路中的六支晶闸管, 电阻为0, 更换晶闸管后不急于送电, 检测脉冲变压器, 看其是否起到变压和隔离的作用, 更换。

2 逆变部分故障

2.1 无电压, 中频电流大

该故障为逆变直通, 先检查逆变晶闸管是否有击穿, 如异常更换逆变晶闸管;如正常, 通常为中频电容器击穿, 应逐个将电容器从电路脱离, 直到电源正常。

2.2 正常熔炼过程中逆变晶闸管频繁烧损, 且无规律, 其原因如下

(1) 晶闸管本身发热使关断时间增大而不能关断, 造成逆变颠覆, 导致发热的原因可能是冷却水不通畅。 (2) 检查外部负载是否有虚接点, 主要检查连接螺丝, (括电容组的连板螺丝) 并且还有电容电流的电流互感器二次侧联接处松动, 有似通非通的现象, 以上两种情况均出现过。 (3) 主回路连接处接触不良, 特别是负载回路及主接触器、低压配电柜的接触件接触不良, 造成大电流下突然断开回路。 (4) 水冷却电缆断裂, 靠近炉子端的电缆端头因倾炉频繁, 易引起部分断裂, 引起晶闸管损坏。

3 电容器的故障

(1) 电容内部打火, 机器运行时, 里边有响声, 是绝缘击穿, 更换新的。 (2) 电容外部打火, 机器运行时, 外部打火, 电容器壳对地绝缘不好。电容器绝缘电阻的测定通常只做两级及多级对外壳绝缘的电阻测定, 遥测前先放电, 以750V为例, 用1000V的兆欧表, 遥测时, 应先将摇表摇至规定转速, 待指针平稳后, 将摇表接至电容器两级, 继续摇表, 开始充电, 指针下降。后来慢慢升至稳定, 一般1000V不低于1兆欧。读完数后, 撤表, 将电容器放电, 以免触电。 (3) 冷却水不通导致发热绝缘损坏, 应及时处理。

中频电源的主电路采用晶闸管器件这类器件承受过电压, 过电流的能力很差, 中频电源运行情况也比较复杂, 负载变化强烈, 出现短路、开路、过电压、过电流的几率较高, 必须妥善采取保护措施, 以确保装置安全运行。可以在适当的地方安装保护器件如在工频电源进线侧安装RC吸收电路, 或在晶闸管上串接快速熔断器以保护电流, 此方法在实际中常用。

中频炉在使用过程中可能出现很多的故障和问题, 值得我们不断探索和学习, 我们要不断总结, 以提高检修速度和质量。

摘要：通过对中频炉工作原理和常见故障的分析, 总结排除故障的方法及方向, 提高利用率。

关键词：整流,逆变,晶闸管,击穿

参考文献

[1] 中国工程学会设备与维修工程分会.机械设备维修问答丛书编委会工业炉维修问答[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[2] 苏州工业园区振吴电炉有限公司.中频电源感应加热用晶闸管中频电源[N].电世界, 1999.

[3] 宋文林.感应炉炼钢问答[M].北京:冶金工业出版社, 1997.