陳景榮

(核電秦山聯(lián)營有限公司，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，則通過靜態(tài)開關(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?，F(xiàn)場檢查發(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，消除諧波的過程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)移的過程。因?yàn)門803將正弦波中的大部分三次諧波和高次諧波通過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)場檢查情況，結(jié)合逆變器的工作原理，變壓器和電抗器過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)在逆變器柜的前門和后門底部開通風(fēng)口，如圖3所示，以增加進(jìn)風(fēng)量。

圖3 柜門底部加開通風(fēng)口

經(jīng)過對(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)行溫度高的問題。