扎堆 尼瑪白珍

（西藏拉薩市氣象局，西藏 拉薩 850000）

青藏高原平均海拔在4000米以上，空氣稀薄，氣候干燥，紫外線輻射強(qiáng)，晝夜溫差大。電器設(shè)備隨著環(huán)境因素的變化容易造成短路、元器件性能降低和損毀等現(xiàn)象。根據(jù)GB50053-1994的規(guī)定，海拔高度每增加1000米裸帶電部分至接地和不同相的裸帶電部分之間，需要增加1%進(jìn)行修正。而在高原地區(qū)使用的電器設(shè)備普遍是在內(nèi)地低海拔氣候環(huán)境下研發(fā)和投入運(yùn)行的，所以在高原地區(qū)運(yùn)行得電氣設(shè)備應(yīng)使用增容型的，使用普通型或者超負(fù)載使用時(shí)，設(shè)備故障率就會(huì)大大增加，使用壽命縮短?，F(xiàn)就對(duì)高原地區(qū)制氫設(shè)備的電源控制系統(tǒng)常見故障進(jìn)行簡(jiǎn)述和分析，并對(duì)故障排除方法加以介紹。希望對(duì)我區(qū)高空氣象臺(tái)站的QDQ2-1型水電解制氫用戶有所幫助。

1 氫氣與制氫設(shè)備

氫氣是高空氣象觀測(cè)站獲取高空氣象資料必不可缺且每天都需使用的材料。水電解制氫是我國目前常規(guī)高空氣象觀測(cè)所需氫氣的主要來源。QDQ2-1型水電解制氫裝置是我國氣象部門專用制氫設(shè)備，也是我國氣象高空觀測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的重要組成部分。該裝置主要由制氫主機(jī)、整流控制器、加水系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、充球系統(tǒng)和輔助配套系統(tǒng)等組成。

1.1 舉實(shí)例說明故障所造成的影響

那曲氣象局制氫設(shè)備為QDQ2-1型，使用年限已達(dá)9年之久，設(shè)備額定工作電流為161A，額定工作電壓范圍為57-63V。2017年1月初制氫設(shè)備整流控制系統(tǒng)發(fā)生故障，導(dǎo)致無法正常制氫作業(yè)。故障造成變壓系統(tǒng)燒毀，晶閘管擊穿，整流控制板和控制元件損壞。雖然整流系統(tǒng)和控制系統(tǒng)可以及時(shí)通過維修或更換盡快恢復(fù)，但變壓系統(tǒng)卻無法修復(fù)，目前我區(qū)也沒有配備變壓器備用件。該型號(hào)制氫設(shè)備的變壓器均是專門設(shè)計(jì)的，不可隨意代用。變壓器體積較大，重量約200公斤左右，此類備件目前無法空運(yùn)，從廠家發(fā)貨到拉薩最快也要15天左右才能收到，這樣每天兩次例行的高空測(cè)風(fēng)業(yè)務(wù)用氫就沒有了來源，高空測(cè)風(fēng)業(yè)務(wù)面臨缺測(cè)的危險(xiǎn)。2017年1月底拉薩站的制氫設(shè)備變壓器也出現(xiàn)了類似的故障，該設(shè)備是QDQ3型，設(shè)備額定工作電流為320A，額定工作電壓46-52V。由于使用環(huán)境因素造成內(nèi)部繞組絕緣失效，變壓器線圈短路燒毀。拉薩本站的應(yīng)急備用氫氣瓶已被那曲站使用，不得不使用上世紀(jì)已棄用的化學(xué)制氫供氫模式，使用老式化學(xué)制氫既存在著安全生產(chǎn)隱患又面臨著無處購買原材料的困境。如果像這種故障發(fā)生在我區(qū)其他站點(diǎn)，那必將對(duì)正常探測(cè)業(yè)務(wù)帶來無法彌補(bǔ)的損失。

1.2 水電解制氫設(shè)備整流控制系統(tǒng)

QDQ2-1型和QDQ3型水電解制氫設(shè)備整流電源集成化程度高，具有脈沖對(duì)稱，溫度穩(wěn)定等特點(diǎn)。穩(wěn)壓，穩(wěn)流雙電位器給定，可手動(dòng)調(diào)節(jié)電流和電壓。

1.3 中心控制板工作原理

整流控制系統(tǒng)由同步變壓器、電壓及電流調(diào)節(jié)器、模擬—數(shù)字觸發(fā)器、脈沖變壓器、過流及過壓保護(hù)、相序自鎖定、軟啟動(dòng)、上電封鎖等部分組成［1］（圖1）。

圖1 中心控制板工作原理

1.4 電壓電流調(diào)節(jié)器

電壓及電流調(diào)節(jié)器為并接，以實(shí)現(xiàn)限流調(diào)壓或限壓調(diào)流功能，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，可自動(dòng)轉(zhuǎn)換限流和限壓之間的工作方式，適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性高（圖2）。

圖2 制氫設(shè)備的系統(tǒng)框圖

1.4.1 模擬—數(shù)字觸發(fā)器。觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖電路采用鎖相控制的模擬—數(shù)字觸發(fā)器。觸發(fā)器具有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種工作方式。開環(huán)工作時(shí)，根據(jù)用戶的需要可以手動(dòng)進(jìn)行控制，而閉環(huán)工作時(shí)，電路實(shí)行反饋檢測(cè)數(shù)據(jù)，跟蹤設(shè)定的目標(biāo)達(dá)到自動(dòng)控制的功能。最小控制角〆min可通過可控硅控制器面板上的小旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.4.2 保護(hù)電路。當(dāng)整流控制系統(tǒng)發(fā)生短路、過載或過壓等情況時(shí)，保護(hù)電路會(huì)自動(dòng)封鎖觸發(fā)脈沖，使輸出電壓和輸出電流歸零，此時(shí)報(bào)警燈亮，蜂鳴器響，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，防止設(shè)備損壞并及時(shí)提醒工作人員對(duì)發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行故障排除。過載故障（包括主機(jī)超壓、儲(chǔ)氫超壓、溫度超限、電流和電壓失控等）排除后重新通電按下“復(fù)位”按鈕設(shè)備即可恢復(fù)正常運(yùn)行。

1.4.3 相序自鎖定環(huán)節(jié)。系統(tǒng)設(shè)有相序自動(dòng)判別電路，自動(dòng)判別電路會(huì)根據(jù)進(jìn)線的相序自動(dòng)調(diào)整觸發(fā)順序，免去接線式確定相序和確定同步的封瑣，方便使用。

1.4.4 上電封鎖和軟啟動(dòng)環(huán)節(jié)。整流控制系統(tǒng)剛通電時(shí)會(huì)自動(dòng)緩慢開放脈沖，防止上電沖擊，造成元器件損壞?？煽毓杩刂泼姘迳显O(shè)有“電源”、“失控”、“過流”、“過壓”四個(gè)指示燈［2］，如有故障相應(yīng)的指示燈會(huì)亮。在中心集成控制板上方有六個(gè)脈沖輸出指示燈，如哪一路觸發(fā)脈沖有故障與之相對(duì)應(yīng)的指示燈不會(huì)亮，用萬用表測(cè)量該電路也沒有輸出電壓，這種情況應(yīng)取下此路晶閘管用萬用表置RX10擋位測(cè)量其阻值，陽極接黑表筆，陰極接紅表筆時(shí)，萬用表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即可控硅不導(dǎo)通，則說明該可控硅的觸發(fā)特性不好或已擊穿損壞。

1.5 整流電源控制系統(tǒng)的問題與解決方案

1.5.1 調(diào)最小控制角電位器時(shí)，如何兼顧失控狀態(tài)。

解決方法：調(diào)節(jié)最小控制角電位器時(shí)緩慢向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如果失控指示燈亮說明輸出電壓過大，將最小控制角電位器朝相反方向緩慢調(diào)節(jié)待失控指示燈熄滅后繼續(xù)調(diào)整一小段范圍即可［1］。

1.5.2 開環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)輸出電壓有跳變。解決方法：檢查電位器是否失控，檢查晶閘管與觸發(fā)器連接線是否處于正確（水電解制氫時(shí)一般采用閉環(huán)控制工作方式）。

1.5.3 給定信號(hào)回零，輸出不回零，逐漸加大給定后，輸出能連續(xù)調(diào)節(jié)。解決方法：一般性負(fù)載對(duì)高頻脈沖調(diào)制信號(hào)阻抗太大，產(chǎn)生虛電壓，此電壓是輸出電壓表上產(chǎn)生的假象。

1.5.4 判斷是否變壓器損壞的方法。用耳朵聽變壓器的工作聲音，有略微低沉而平穩(wěn)的嗡聲，不應(yīng)有刺耳的嘯叫聲。觀察變壓器的外觀，沒有變色，沒有焦糊的味道。用萬用表測(cè)量輸出側(cè)的電壓值，交流電壓值在60伏左右，三相平衡。用萬用表測(cè)量輸入側(cè)的電壓值，交流電壓值在380伏左右，三相平衡。

2 現(xiàn)將針對(duì)我區(qū)制氫站點(diǎn)實(shí)際情況提出幾種應(yīng)急方案

2.1 增設(shè)氫氣壓縮系統(tǒng)

臺(tái)站增設(shè)氫氣壓縮系統(tǒng)，并對(duì)制氫業(yè)務(wù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作培訓(xùn)，合格上崗。平時(shí)制氫時(shí)可以利用壓縮系統(tǒng)壓縮儲(chǔ)備一定量的氫氣，以備特殊情況時(shí)應(yīng)急使用。

2.2 增設(shè)整流控制器

根據(jù)臺(tái)站使用制氫設(shè)備的型號(hào)購置一套相應(yīng)的電源整流控制系統(tǒng)，利用電源轉(zhuǎn)關(guān)開關(guān)做到一用一備或者輪流替換使用。這樣既減小了整流控制器的使用負(fù)荷，又增加了設(shè)備的安全系數(shù)。

2.3 儲(chǔ)備關(guān)鍵部件

比如，購置統(tǒng)一規(guī)格的變壓器安置于適宜位置，備份整流控制板（可控硅控制器）、可控硅（晶閘管）、快速熔斷器、保險(xiǎn)管等關(guān)鍵部件或易損配件。

2.4 安裝雙備份制氫系統(tǒng)

對(duì)于偏遠(yuǎn)的高空臺(tái)站或者用氫量比較大的重要臺(tái)站，可安裝兩套制氫設(shè)備。即使設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，另一套設(shè)備可以正常工作，不影響正常的業(yè)務(wù)開展。

2.5 定期開展培訓(xùn)并加強(qiáng)日常維護(hù)

相關(guān)業(yè)務(wù)主管單位可以定期邀請(qǐng)廠家技術(shù)專家并集中全區(qū)業(yè)務(wù)人員進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)。只有工作人員對(duì)設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)布置、常見故障及排除方法了解掌握之后才能進(jìn)行更好地對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，從而保證設(shè)備順利正常工作。

3 小結(jié)

制氫設(shè)備電源控制系統(tǒng)屬于氣象用水電解制氫設(shè)備的關(guān)鍵組成部分。特別是變壓器、整流控制板、晶閘管等出現(xiàn)故障損壞時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)沒有備件更換，造成制氫設(shè)備無法正常運(yùn)行，就會(huì)對(duì)我區(qū)高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)的順利開展造成不利影響。為了預(yù)防設(shè)備故障發(fā)生，或者當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)解決，使設(shè)備故障不對(duì)正常的氣象高空探測(cè)業(yè)務(wù)造成影響，我們應(yīng)及早做好應(yīng)急預(yù)案。