硅堆失效快速判断方法及应用研究
2014-09-01梁晓红孔三喜
梁晓红 孔三喜
(平顶山工业职业技术学院，河南 平顶山 467000)
硅堆失效快速判断方法及应用研究
梁晓红 孔三喜
(平顶山工业职业技术学院，河南 平顶山 467000)
对硅堆是否失效进行快速判断是一个难点，现简述一种快速判断桥臂硅堆失效的方法，并举例加以说明。应用此项技术，不仅可以提高工作效率，还为设备升级改造提供了技术支持。
硅堆；变流器；晶闸管；故障判断
0 引言
在变流电路中，经常使用硅堆。研发一种快速判断硅堆是否失效的技术，不仅成为工作现场的迫切需求，也是设备科研单位研究的主要内容之一。
1 判断硅堆失效的难点
在大功率整流、逆变电路中，通常使用晶闸管、场效应管作为基本的控制元件。三相整流和逆变电路大多采用上述元件组成的6个套件，俗称“硅堆”。硅堆的基本结构如图1所示。
图1 硅堆内部结构
在变流电路中我们经常使用这种通过电容及电阻组合的部件，如图2所示。图中有晶闸管符号的方框表示由多个晶闸管串并联组合而成的硅堆。
图2 硅堆应用举例
在使用这种由硅堆组成的电气设备时，经常会出现某个硅堆失效的故障。在直流提升机控制电路中，其励磁和电枢两部分用的硅堆有18个之多。由于设备中硅堆的数量较多，快速判断具体的故障硅堆、提高工作效率就成为一个较为迫切的问题。
晶闸管是一个多PN结的元件，失去控制的晶闸管停机后电路的外在表现大多一致，往往为阻断状态，而有些被击穿的晶闸管在设备停电后也能恢复为高阻状态，这就为区别硅堆的好坏带来了困难。
目前的检测采用的是停机后逐个替换法，这种静态测量阻值的方法有一个缺陷，即不能快速高效地区别故障硅堆，只能用逐个替换、反复通电试车的方法找出故障硅堆，造成维修替换的时间较长、重复工作量大、工作效率低下的局面。因此，研发出一种能快速判断硅堆好坏的技术，已成为工作现场的迫切需求。就目前来看，硅堆故障判断还没有完全整合成一项专有技术，用以实现快速可靠的自动检测和判断。
2 一种快速判断硅堆失效的方法
结合现场实际情况，经过改进，研发出一种设备带电检测方法，可以实现硅堆故障的快速判断。
该方法如图3所示，即在设备的一侧加上可随时转换的真、假负载刀闸或临时接线，在硅堆通电运行的状态下进行测量和判断故障部件，原理是通过测量硅堆的阴、阳极电压变化进行判断。也可在原有的负载下，在硅堆两端加装电压测量装置，通过PLC对测量值进行比对，然后自动测出和显示故障硅堆。当硅堆正常时，桥臂硅堆两端的电压随给定电压的变化而变化，桥臂各个硅堆两端电压基本一致，当硅堆失效时，损坏的硅堆两端电压值与正常晶闸管两端电压值是不一样的，通过对比就可快速找出故障部件。利用这一原理进行判断，能大大节省时间，提高工作效率。
图3 假负载及桥臂电压的测量
3 应用实例
结合现场实际，以提升机为例说明。如图3所示，在晶闸管两端临时加入一个电压表V1，在负载侧加一个与整流电压一致或略高于整流电压的较大瓦数灯泡(通过白炽灯的串并联实现假负载)，作为电路的临时负载。通过假负载的电流效应使桥臂上的硅堆产生电压，为测量数值的对比提供条件。
由于直流电动机的电枢内阻较小，假负载的估值用经验估值，约为100 Ω，也可用测量现场提升机电枢内阻的办法确定。使用白炽灯作为假负载的功率瓦数不能太低，功率瓦数越大则电阻值越小，估值约1 000 W。负载阻值的大小一般应保证能有较大电流通过，满足测量精度的要求，这样可使故障硅堆和正常硅堆两端的测量电压差比较明显，便于区分硅堆的好坏。
图3中的V1电压表，这里可在同等给定条件下用电压传感器分别测量6个硅堆端电压，再分别输入PLC进行对比判断。当出现端电压差别变化时，PLC经过内部程序的对比逻辑运算，运用硅堆地址对照表明确故障硅堆部件。采用PLC技术判断故障不仅能实现设备运行的即时控制和信号输出，如果配合设备安全闭锁控制条件，还可以开发出能自动指示硅堆故障和进行远程监控的设备，此处不再具体说明。
工作现场也可用这一原理快速判断故障硅堆。当测到某硅堆两端电压值与相邻桥臂上硅堆电压有较大差别时，此处硅堆为故障硅堆。即利用桥臂各个硅堆两端电压基本一致的原理进行故障硅堆判别。
缺臂带电运行是采用上述技术的前提条件。一些硅堆上加装有快速熔断器，其作用是防止桥臂上硅堆击穿后造成的邻相间交流短路。采用这一技术不仅可以明确判断出故障硅堆，而且可为使用上述带电测量方法提供一个可行的环境。图3中桥臂上的电抗器作用即是如此。采用熔断器熔断信号指示，只能判断击穿类故障硅堆，对硅堆内部触发失效等开路故障还是不能快速判断，该类故障硅堆仍然要用带电检测方法进行判断。
当然，在进行真、假负载转换的过程中，要注意机械设备的安全操作要求。以提升机为例，其操作重点是应防止“跑车”事故的发生。在假负载下进行逐个测量时，首先要闭锁盘形闸的油路，保证盘面处在抱闸位置；解锁设备运行的安全条件，顺利启动设备；真、假负载转换的电路中要设置可靠的油泵启动闭锁开关，其开关(触点)要与转换刀闸的位置同步动作或先进行操作等。
4 结语
本文所述的快速判断桥臂硅堆失效的方法，在平煤集团、平宝公司等单位使用后取得了较好效果，达到了快速判断故障、提高工作效率的目的。该方法结合PLC故障检测技术的应用，为远程故障判断和显示、控制智能化提供了技术支持，亦为设备改造升级提供了新的思路。
2014-06-20
梁晓红(1978—)，女，河南洛阳人，工学硕士，讲师，主要从事机电一体化专业的教学和研究工作。
