调功柜频繁异常的原因分析

刘智灵 杨庆毅

摘 要：简要介绍了我厂调功柜的作用和近期频繁出现的异常现象，从可控硅过流、过压、过热保护和控制板，可控硅质量、安装方面详细分析可能造成击穿的原因和一些判断的方法，方便以后再出现异常的判断、处理以及建议。

关键词：调功柜；异常现象；原因分析

0 前言

调功柜在我厂制氧机组中的作用是用于对加热污氮气来活化分子筛的电阻炉加热器的控制，它是根据生产工艺的需求，用现场测温元件PT100检测反馈来的温度与预先设定好的给定温度相比较，依靠偏差去控制晶闸管的导通，改变输出的电功率来达到恒温的目的，一个活化周期里运行1.5小时。调功柜主回路使用六只晶闸管，每相两个一组反并联连接，采用周期触发控制，来把实际温度稳定在设定温度上，其适用于大惯性和小惯性加热系统的被控对象。

1 异常现象

有一套机组的调功柜在近两年的运行中频繁出现异常，有以下几种：第一，加热周期结束后有一相仍有电流，约为正常运行时的一半，运行调功时不能完全调节，这种情况占多数；第二，正常运行时有一相电流始终不到正常电流的一半，可调功，运行结束正常（没电流）；第三，启动调功柜后，有一相电流大约为正常的一半，在开始调功又恢复全导通后，该相电流又正常了。

2 原因分析

根据异常现象，初步判断第一种是该相有一个晶闸管击穿了，但是因过压、过流、过热还是晶闸管质量问题造成的击穿还不能确定；也或是该晶闸管的触发脉冲没有关断；第二种是该相有一个晶闸管没有得到触发脉冲，即控制板故障；也或是该相一个晶闸管断路了；第三种是控制板故障，这个比较明显，是在刚启动时缺少了一个触发脉冲，在更换控制板后再运行就正常了。

停机后的检查分析 第一种情况，为了确定是可控硅的问题还是控制板的问题，根据多次处理的经验，采用了简单可行的方法去判断，就是直接停控制电源，如没电流了，则是控制板的故障；如还有，则是可控硅故障。结果是还有电流，说明控制板正常（更换可控硅后再投运触发正常），可控硅击穿了。实测确是，那么是什么原因造成的呢？可控硅优点虽很多，但承受过压、过流的能力很差。

（1）由于其热容量很小，一旦过流温度会急剧上升而可能造成可控硅内部短路或开路（承受的过载时间与过载倍数成反比，即过载倍数越大，承受的过载时间越短，1.25倍的过载倍数承受的过载时间是5分钟），造成过流的原因有负载端过载或短路，触发电路工作不正常或受干扰使可控硅误触发引起过流。我们厂的调功柜里的可控硅（实际负载电流560A，可控硅额定电流是800A，达到选用的最低标准1.5倍）过电流保护有快速熔断器和过流截止保护（通过CT把过电流信号送到控制中心来停止触发），出现异常时，快熔没熔断过（熔体额定值与运行电流值是匹配的，远小于可控硅的额定电流值），过流故障报警也没出现过，根据上面的试验触发电路误触发的可能性不大；对负载检查也正常，说明不应是过流造成的可控硅击穿。

（2）可控硅在电路中承受的电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短也易损坏；如是正向电压超过其转折电压误导通，次数频繁时也可使元件损坏或其特性下降。引起过电压的主要原因是电路中一般都有电感元件或雷击过电压。采用的过电压保护措施主要是阻容保护，压敏电阻等。但我们的负载是纯电阻性的，有阻容吸收并联在晶闸管两端，没有电感元件，出现故障时也不是雷雨天气，但不排除电网系统出现过电压情况。

（3）过热击穿，这是在工作电流正常时晶闸管受热击穿的情况，发生这种击穿的原因主要是可控硅的散热装置工作不良而引起可控硅芯片温度过高导致击穿；安装的散热装置有本身的大型铝制散热片，风机，调功柜安装位置在室内虽有制冷设备，可温度高时也在35℃以上，自身还装有超温检测和超温报警元件。在运行过程中自身没有出现过超温报警，风机运转正常，风道通畅；在更换可控硅时虽只是更换了芯片，但安装时非常注意芯片与散热器之间的接触面，保证了良好的接触，接触面平整，没有划痕或凹凸不平，也没有灰尘夹入，保证有足够且均匀的压力。但多次更换芯片可能会导致散热器的接触面变形而影响散热效果，如果下一次再出现可控硅击穿我们将在更换可控硅时连同散热器一块儿更换 。安装方式不当也会造成击穿，对于片状可控硅而言，由于工作在大电流区域，工作时需加装散热装置，未加散热装置的可控硅内部是断开的，这也是可控硅本身热保护的一种。当两个片状可控硅阴阳极正反并联受压与两侧散热模块接触时会出现两种情况，一是压力过大，造成可控硅内部本征体压坏造成击穿；二是压力过小，造成接触面电阻大，当工作时接触面温度过高引起的可控硅击穿；另外，在更换可控硅时，可控硅的阴阳极与散热模块接触面之间应涂抹导热硅脂，以加大散热模块的导热量。

（4）晶闸管性能不稳定造成通电后受热的击穿；第二种情况，出现过两次。第一次，确定是触发脉冲没有，检查发现控制板上该可控硅的触发电路里的一限流电阻烧坏，更换控制板后运行正常，没深考虑为什么会烧；第二次，这在更换控制板后运行了不到两天又出现的，这次还是触发回路的限流电阻烧坏，这就必须分析是什么原因造成的。经查该电路里的元器件，发现可控硅控制极和阴极间的静态电阻很小，其他的在20欧左右。这充分说明控制板触发电路的电阻烧坏是由可控硅故障造成的。

3 结束语

我们对击穿的可控硅元件敲碎，观察了可控硅损坏的情况，既不是从边缘侧坏（电压过高，造成击穿），也不是从控制极坏（电流上速度慢造成的），也检查了阻容吸收各元件，完好，说明不是过电压保护出现异常。从上面的故障现象、原因分析及烧坏的可控硅内部来看，出现异常现象的根本原因可能是晶闸管电流富余量小和工作环境的问题。所以建议在选型时应考虑更大的电流富余量，工作环境温度应控制在30°以下或另外增加散热设备，避免应可控硅烧坏而影响生产或不必要的备件损耗。