中頻感應爐的故障分析與處理

王小恩,付德報,馬玉龍

(河南神火鋁業股份有限公司,河南永城 476612)

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中頻感應爐的故障分析與處理

王小恩,付德報,馬玉龍

(河南神火鋁業股份有限公司,河南永城 476612)

文章介紹了中頻感應爐的系統組成及工作原理,從整流部分、逆變部分、電容器組、感應線圈四方面列舉了故障實例,并一一進行了分析與處理,最后提出了中頻感應爐日常及定期維護措施。

中頻電源;晶閘管;中頻感應爐;故障

隨著電解鋁行業的快速發展,中頻感應爐在電解鋁行業優越性更加顯現,而如何提高系統安全運行能力,確保系統的故障能及時徹底得到解決,該文列舉了常見的故障現象及處理辦法。

1 中頻爐概述

1.1 系統組成

中頻感應爐主要由爐體、固定支架、液壓系統、循環水系統、電控等幾部分組成。

1.2 工作原理

中頻感應爐主要是把三相工頻交流電經過整流部分變成直流,再通過逆變部分變成中頻交流電,經電容器組升壓后進入感應線圈,在線圈中產生磁力線,通過磁力線切割感應圈內的磷生鐵,磷生鐵產生變化的熱量,從而將磷生鐵加熱熔化的一種電加熱設備。

1.3 技術參數

中頻感應爐技術參數列于表1。

表1 產品型號及參數

2 常見故障和處理方法

2.1 整流部分

整流部分的常見故障和處理方法如下:

1.直流電壓升不到額定值,直流電抗器發出抖動聲。分析處理:關掉逆變控制電源,整流橋輸出接假負載,用示波器觀察橋輸出波形,可看到輸出缺相波形。原因可能是:(1)流觸發脈沖丟失;(2)整流觸發脈沖幅值不夠、寬度太窄;(3)晶閘管控制極開路、短路;(4)電抗器線圈間隙變動、松動。

2.直流電壓表指針跳動。分析處理:直流電壓波形有一處或幾處有如圖1所示的跳動。(1)適當增大晶閘管的阻容吸收電路電容量;(2)提高功放級的電源電壓;(3)找出干擾侵入點并消除干擾;(4)查找并消除虛焊點。

圖1 直流電壓波形

3.功率上不去。分析處理:說明各參數調整不適。(1)整流部分沒調好整流管未完全導通,直流電壓沒達到額定值;(2)中頻電壓值調得過高、過低; (3)過流、過壓值調節得不當使得功率輸出低;(4)補償電容器配置得過多或過少,得不到最佳輸出功率。

4.電位器已調最大,但儀表指示仍很小。分析處理:用示波器對整流橋輸出電壓波形檢測,發現一個整流管導通不太好,但對每個晶閘管兩端電壓波形的檢測均未發現異常,采用替代法進行逐一排除后,發現故障元件為A相一整流晶閘管導通不好,換之即恢復正常。

5.直流電抗器工作時震動大。分析處理:中頻電源系統開始啟動瞬間電抗器輕微震動,過后震動減弱,同時發出清脆聲音。有時出現電抗器一直振動,明顯可看到外部線圈在上下串動,說明整流系統未正常工作,有可能整流元件有一個燒毀,或者有整流元件不觸發造成,可停機檢查排除故障。

2.2 逆變部分

逆變部分的常見故障和處理方法如下:

1.起動時直流電流大,直流電壓低,設備聲音沉悶,過流保護。分析處理:逆變橋有一橋臂晶閘管短路或開路造成逆變橋三臂橋運行,用示波器觀察逆變橋的四個橋臂上的晶閘管管壓降波形,若有一橋臂上的晶閘管的管壓降波形為一線,該晶閘管已穿通;若為正弦波,該晶閘管未導通,更換已穿晶閘管。

2.系統發出尖銳嘀嘀聲,直流電壓表微擺。分析處理:用示波器觀察逆變橋直流兩端電壓波形,可看到逆變周期性短暫失敗或不定周期短暫失敗,并聯諧振逆變電路短暫失敗可自復,周期性短暫失敗一般逆變控制部分受到整流脈沖干擾。

3.中頻功率降低,直流電流增大,晶閘管電壓波形如圖2所示。分析處理:1、2號橋臂電壓波形正常,3號橋臂晶閘管沒有被觸發導通,致使4號橋臂管子不能關斷,4號橋臂管子已經短路損壞,3號橋臂管子觸發不通;檢查3號橋臂陽、陰極間電阻是否有開路性損壞,控制極、陰極間電阻是否大大增大,用萬用表檢查出短路晶閘管予以換之。

圖2 晶閘管電壓波形

4.功率繼續增大,過流信號燈亮而停機,晶閘管電壓波形如圖3所示。分析處理:4號橋臂的管子沒有觸發導通,使3號橋臂管子無法關斷;用示波器檢查逆變橋每一個管子電壓波形,找出波形不正常的橋臂并予以換之。

圖3 晶閘管電壓波形

5.逆變晶閘管經常燒毀。分析處理:(1)阻容吸收、均壓電阻失效。阻容吸收為常見的過壓保護措施,并聯于晶閘管兩側,若阻容吸收的電容開路、白瓷無感電阻開路或某處短路,晶閘管將失去保護作用,在很短時間內燒壞;(2)晶閘管冷卻效果差,載流能力下降。晶閘采用水冷卻方式,如冷卻水盒或水管堵塞,或者晶閘管與冷卻水盒接觸不良,將造成晶閘管溫度過高,從而引起晶閘管載流能力下降而造成晶閘管因過流而燒毀;(3)晶閘管技術參數分散性大,相互之間不匹配。串聯的兩只晶閘管及逆變橋臂上對角的兩組晶閘管若在關斷時間、通態壓降、觸發電流等特性相差太大,將造成工作狀態的不一致,從而燒毀一只或兩組晶閘管。

2.3 電容器組

在高電壓區附近,直流電壓表晃動,設備有吱吱聲。分析處理:(1)在電容升壓電路中,串聯電容與并聯電容的容量相差太大,造成電壓不均,擊穿電容;(2)中頻電壓和工作頻率過高;(3)補償電容接線樁螺絲松動引起打火;(4)與負載并聯電容器可能被擊穿,斷開電容器與主匯流排,測每組電容器兩匯流排間電阻應為無窮大;(5)電容器四個芯子中有個別已擊穿,可測量芯子與外殼阻值應為無窮大;(6)電容器架與電容外殼間絕緣擊穿,測量電容器外殼和電容器架之間的電阻,可以判斷這部分的絕緣狀況; (7)冷卻效果差,個別水嘴易堵塞。

2.4 感應線圈

感應線圈的常見故障及處理方法如下:

1.爐底嚴重漏磁發紅,爐底鋼板溫度高達700℃。分析處理:(1)感應線圈爐底漏磁嚴重,爐底水冷圈水路堵塞、冷卻效果差;(2)感應線圈四周磁軛變形嚴重,保磁效果差;(3)爐底未做防漏磁處理,可在爐膛最底層裝一圓形銅板(中間為空心),能起到保磁作用;(4)全面的磁場封閉方案為線圈最上部加裝一圈水冷不銹鋼短路環,線圈最下部也加裝一圈水冷不銹鋼短路環,然后在爐殼底部裝一圓環銅板后再用耐火膠泥封閉爐底,爐底漏磁說明未做爐底封磁處理。

2.感應線圈打火、放炮。分析處理:(1)線圈冷卻效果差,引起線圈外絕緣破損,導致匝間短路;(2)感應線圈漏水,這可能引起線圈匝間打火,必須及時補焊才能運行;(3)鋼水粘在感應線圈上,鋼渣發熱、發紅,會引起銅管燒穿;(4)磁軛與線圈間安裝的絕緣板受熱破損,磁軛底部的絕緣板受熱絕緣降低,造成線圈通過磁軛局部接地打火;(5)線圈距離上部、下部水冷圈過近,接地打火。

3 設備維護保養

3.1 日常維護

爐膛:開爐前首先測量爐膛深度和最大處直徑并做好記錄,仔細查看爐襯有無裂紋、破損,及時修補破損的爐口及爐嘴,第一爐鐵水化好后檢測漏爐報警裝置。

電氣:全面檢查控制主板、脈沖主板、晶閘管、電阻、電容、電抗器、銅排、換向電感等,確保無開路、短路、松動、虛焊、漏液等現象。

灰塵:用風對斷路器、晶閘管、電抗器、電容器、感應線圈外圍進行一次全面吹掃。

循環水:閥門開關準確、水管無漏水,水壓力0.1～0.2 MPa,水位1/3～1/2,進水溫度不超過35℃,純水導電率不超過600μ Ω/cm。

3.2 定期維護

元件測量:每次安裝整流元件要對晶閘管控制極、陰間電阻進行測量(15～50Ω為正常),阻值接近的串裝在一起,陽、陰極間阻值幾十兆歐為完好,阻值為無窮大或者零多認為此元件損壞。

系統校準:每三月對系統的直流電壓、直流電流、中頻電壓、換向角度、過流整定、過壓整定進行全面校準。

灰塵清理:每月用刷子擦拭晶閘管表面、電阻器表面、控制板表面、電容器絕緣子表面灰塵。

螺栓緊固:對電抗器、電阻器、電抗器、銅排、水冷電纜等連接處全面緊固。

管路清洗:每兩月反沖洗一次軟水循環水管路及元件,并重新裝新純水;每半年反沖洗一次外循環水管道、感應線圈、磁軛。老化的膠管全部更換,銹蝕嚴重的閥門及時更新。

4 結束語

作者多年來一直從事中頻爐系統的管理工作,文章就常見的系統故障進行了分類總結,并提出了具體的解決辦法,目的是確保系統在安全的前提下運行,實踐證明所采取措施是合理的、可行的。

[1] 余松堯.晶閘管中頻電源的故障檢修[J].電世界,1992,(3): 34-35.

[2] 王國先.中頻感應爐的維護保養[J].中國設備工程,2004,7: 12.

Analysis and Processing of the Problem about Lengthen Middle Freqneuly Stove

WANGXiao-en,FU De-bao,MA Yu-long
(Henan Shenhuo Aluminum Co.,ltd,Yongcheng476612,China)

The article introduced the system component and work principle of the lengthen middle freqnenuly stove.It not only listed the problem examples from four aspects such as favourable balabce,go against the current, electrical equipm and copper circle,but also studied and analyzed them.Finally,it proposed daily and regular maintenace measures about lengthen middle freqneuly stove.

middle freqnemly power supply;transistor;middle freqnemly stove;problem

TF748.42+2

A

1003-5540(2010)04-0054-03

王小恩(1981-),男,助理工程師,主要從事電解槽陽極組裝系統的設備管理工作。

2010-05-22