陳景榮

(核電秦山聯(lián)營(yíng)有限公司，浙江 海鹽 314300)

逆變器作為不間斷電源，其正常、可靠的運(yùn)行對(duì)電廠安全運(yùn)行非常重要。事例中的逆變器型號(hào)為SV22750，額定電壓220 V，額定容量75 kV·A，由美國(guó)SCI公司制造。不間斷電源一次系統(tǒng)由2臺(tái)220 V單相逆變器組成。正常運(yùn)行期間，全部負(fù)荷由1臺(tái)逆變器供電，若逆變器A發(fā)生故障，則通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換到另一臺(tái)逆變器B供電，如圖1所示。正常運(yùn)行期間，當(dāng)逆變器與外網(wǎng)不同步時(shí)，備用逆變器自動(dòng)跟蹤主逆變器的頻率保持同步狀態(tài)。

圖1 不間斷電源一次系統(tǒng)

1 故障情況

2009-08-04T15:30，UPS間有故障報(bào)警，且伴有糊味。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，逆變器內(nèi)已濃煙彌漫，整個(gè)房間充滿刺鼻的糊味。檢查逆變器A，發(fā)現(xiàn)主熔斷器熔斷、風(fēng)扇故障等報(bào)警，同時(shí)發(fā)現(xiàn)逆變器B的內(nèi)部電感元件L804在燃燒，變壓器T803熏黑。對(duì)燒毀的T803進(jìn)行仔細(xì)檢查，線圈匝間被擊穿，有發(fā)生過(guò)匝間短路的明顯痕跡。而L804與T803共同組成諧振回路，當(dāng)T803發(fā)生短路時(shí)，巨大的短路電流使得L804溫度迅速升高而燃燒。

2 原因分析

2.1 正弦鐵磁諧振變壓器原理分析

逆變器B柜內(nèi)的T803和L804所在回路的主要功能為消除諧波并進(jìn)行濾波，這是典型的鐵磁諧振變壓器的設(shè)計(jì)，被擊穿的變壓器T803和燒毀的電抗器L804在電路圖中的位置如圖2所示。

圖2 正弦鐵磁諧振變壓器原理

濾波元件T803和L804主要用來(lái)矯正逆變器的輸出波形，以保證輸出電源近似于正弦波，提供到下游負(fù)載。T803是一線性元件，與C805一起調(diào)諧輸出電壓中的三次諧波，由于這些元件對(duì)于三次諧波呈現(xiàn)低阻抗，因而減少了三次諧波在輸出電壓中的幅值，使輸出電壓達(dá)到可接受的水平。電抗L804飽和而產(chǎn)生諧波電流，該電流通過(guò)變壓器反向耦合到T803。L804中反相諧波的疊加結(jié)果傾向于消除在T803一次側(cè)繞組上出現(xiàn)的更高次諧波。

從消諧原理可以看出，消除諧波的過(guò)程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)移的過(guò)程。因?yàn)門(mén)803將正弦波中的大部分三次諧波和高次諧波通過(guò)鐵磁諧振的方式以熱能的形式轉(zhuǎn)化掉，因此只要逆變器設(shè)備運(yùn)行，內(nèi)部的T803元件就會(huì)一直處于發(fā)熱狀態(tài)，本身發(fā)熱量就很大。

2.2 逆變器柜的冷卻通道分析

每個(gè)逆變器柜的頂部有2個(gè)10英寸風(fēng)扇，由于柜與柜之間的側(cè)板在安裝時(shí)被拆除，導(dǎo)致柜內(nèi)通風(fēng)路徑改變，降低了冷卻風(fēng)扇的散熱能力。另外，柜底部的防塵遮網(wǎng)是進(jìn)風(fēng)口，但變壓器的固定底板擋住了部分遮網(wǎng)，減少了進(jìn)風(fēng)量，從而降低了冷卻風(fēng)扇的散熱能力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，結(jié)合逆變器的工作原理，變壓器和電抗器過(guò)熱燒毀的根本原因是通風(fēng)冷卻不夠，T803熱量堆積造成。

3 改進(jìn)及試驗(yàn)

3.1 T803變壓器的改進(jìn)

在T803事故后，SCI公司對(duì)原有的T803進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，從根本上減少T803的發(fā)熱量。具體方法是：增大變壓器線圈的線徑，增大繞組間的散熱空間，改變鐵心結(jié)構(gòu)以增大鐵芯盒間距(core box spacing)。從SCI公司傳來(lái)的數(shù)據(jù)表明，這些改變降低了磁飽和變壓器T803的運(yùn)行溫度。

3.2 柜體通風(fēng)的改造

(1)每個(gè)柜頂部的冷卻風(fēng)扇由2個(gè)10英寸風(fēng)扇改為4個(gè)8英寸風(fēng)扇。新型的風(fēng)扇組件安裝后將逆變器柜的總高度降低約10 cm。

(2)在逆變器柜的前門(mén)和后門(mén)底部開(kāi)通風(fēng)口，如圖3所示，以增加進(jìn)風(fēng)量。

圖3 柜門(mén)底部加開(kāi)通風(fēng)口

經(jīng)過(guò)對(duì)T803繞組結(jié)構(gòu)及柜體通風(fēng)口的改進(jìn)，T803的運(yùn)行溫度從150 ℃降至54～65 ℃，且噪音由97 dB降為85 dB，有效地解決了逆變器運(yùn)行溫度高的問(wèn)題。