逆变器T803烧毁故障分析及改进

陈景荣

(核电秦山联营有限公司，浙江 海盐 314300)

逆变器作为不间断电源，其正常、可靠的运行对电厂安全运行非常重要。事例中的逆变器型号为SV22750，额定电压220 V，额定容量75 kV·A，由美国SCI公司制造。不间断电源一次系统由2台220 V单相逆变器组成。正常运行期间，全部负荷由1台逆变器供电，若逆变器A发生故障，则通过静态开关切换到另一台逆变器B供电，如图1所示。正常运行期间，当逆变器与外网不同步时，备用逆变器自动跟踪主逆变器的频率保持同步状态。

图1 不间断电源一次系统

1 故障情况

2009-08-04T15:30，UPS间有故障报警，且伴有糊味。现场检查发现，逆变器内已浓烟弥漫，整个房间充满刺鼻的糊味。检查逆变器A，发现主熔断器熔断、风扇故障等报警，同时发现逆变器B的内部电感元件L804在燃烧，变压器T803熏黑。对烧毁的T803进行仔细检查，线圈匝间被击穿，有发生过匝间短路的明显痕迹。而L804与T803共同组成谐振回路，当T803发生短路时，巨大的短路电流使得L804温度迅速升高而燃烧。

2 原因分析

2.1 正弦铁磁谐振变压器原理分析

逆变器B柜内的T803和L804所在回路的主要功能为消除谐波并进行滤波，这是典型的铁磁谐振变压器的设计，被击穿的变压器T803和烧毁的电抗器L804在电路图中的位置如图2所示。

图2 正弦铁磁谐振变压器原理

滤波元件T803和L804主要用来矫正逆变器的输出波形，以保证输出电源近似于正弦波，提供到下游负载。T803是一线性元件，与C805一起调谐输出电压中的三次谐波，由于这些元件对于三次谐波呈现低阻抗，因而减少了三次谐波在输出电压中的幅值，使输出电压达到可接受的水平。电抗L804饱和而产生谐波电流，该电流通过变压器反向耦合到T803。L804中反相谐波的叠加结果倾向于消除在T803一次侧绕组上出现的更高次谐波。

从消谐原理可以看出，消除谐波的过程是一个能量转移的过程。因为T803将正弦波中的大部分三次谐波和高次谐波通过铁磁谐振的方式以热能的形式转化掉，因此只要逆变器设备运行，内部的T803元件就会一直处于发热状态，本身发热量就很大。

2.2 逆变器柜的冷却通道分析

每个逆变器柜的顶部有2个10英寸风扇，由于柜与柜之间的侧板在安装时被拆除，导致柜内通风路径改变，降低了冷却风扇的散热能力。另外，柜底部的防尘遮网是进风口，但变压器的固定底板挡住了部分遮网，减少了进风量，从而降低了冷却风扇的散热能力。根据现场检查情况，结合逆变器的工作原理，变压器和电抗器过热烧毁的根本原因是通风冷却不够，T803热量堆积造成。

3 改进及试验

3.1 T803变压器的改进

在T803事故后，SCI公司对原有的T803进行了重新设计，从根本上减少T803的发热量。具体方法是：增大变压器线圈的线径，增大绕组间的散热空间，改变铁心结构以增大铁芯盒间距(core box spacing)。从SCI公司传来的数据表明，这些改变降低了磁饱和变压器T803的运行温度。

3.2 柜体通风的改造

(1)每个柜顶部的冷却风扇由2个10英寸风扇改为4个8英寸风扇。新型的风扇组件安装后将逆变器柜的总高度降低约10 cm。

(2)在逆变器柜的前门和后门底部开通风口，如图3所示，以增加进风量。

图3 柜门底部加开通风口

经过对T803绕组结构及柜体通风口的改进，T803的运行温度从150 ℃降至54～65 ℃，且噪音由97 dB降为85 dB，有效地解决了逆变器运行温度高的问题。