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，晝夜溫差大。電器設備隨著環(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%進行修正。而在高原地區(qū)使用的電器設備普遍是在內地低海拔氣候環(huán)境下研發(fā)和投入運行的，所以在高原地區(qū)運行得電氣設備應使用增容型的，使用普通型或者超負載使用時，設備故障率就會大大增加，使用壽命縮短?，F(xiàn)就對高原地區(qū)制氫設備的電源控制系統(tǒng)常見故障進行簡述和分析，并對故障排除方法加以介紹。希望對我區(qū)高空氣象臺站的QDQ2-1型水電解制氫用戶有所幫助。

1 氫氣與制氫設備

氫氣是高空氣象觀測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備，也是我國氣象高空觀測業(yè)務系統(tǒng)的重要組成部分。該裝置主要由制氫主機、整流控制器、加水系統(tǒng)、儲氫系統(tǒng)、充球系統(tǒng)和輔助配套系統(tǒng)等組成。

1.1 舉實例說明故障所造成的影響

那曲氣象局制氫設備為QDQ2-1型，使用年限已達9年之久，設備額定工作電流為161A，額定工作電壓范圍為57-63V。2017年1月初制氫設備整流控制系統(tǒng)發(fā)生故障，導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)可以及時通過維修或更換盡快恢復，但變壓系統(tǒng)卻無法修復，目前我區(qū)也沒有配備變壓器備用件。該型號制氫設備的變壓器均是專門設計的，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，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風業(yè)務用氫就沒有了來源，高空測風業(yè)務面臨缺測的危險。2017年1月底拉薩站的制氫設備變壓器也出現(xiàn)了類似的故障，該設備是QDQ3型，設備額定工作電流為320A，額定工作電壓46-52V。由于使用環(huán)境因素造成內部繞組絕緣失效，變壓器線圈短路燒毀。拉薩本站的應急備用氫氣瓶已被那曲站使用，不得不使用上世紀已棄用的化學制氫供氫模式，使用老式化學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，那必將對正常探測業(yè)務帶來無法彌補的損失。

1.2 水電解制氫設備整流控制系統(tǒng)

QDQ2-1型和QDQ3型水電解制氫設備整流電源集成化程度高，具有脈沖對稱，溫度穩(wěn)定等特點。穩(wěn)壓，穩(wěn)流雙電位器給定，可手動調節(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、電壓及電流調節(jié)器、模擬—數(shù)字觸發(fā)器、脈沖變壓器、過流及過壓保護、相序自鎖定、軟啟動、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 電壓電流調節(jié)器

電壓及電流調節(jié)器為并接，以實現(xiàn)限流調壓或限壓調流功能，當負載發(fā)生變化時，可自動轉換限流和限壓之間的工作方式，適應性強，穩(wěn)定性高（圖2）。

圖2 制氫設備的系統(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，根據(jù)用戶的需要可以手動進行控制，而閉環(huán)工作時，電路實行反饋檢測數(shù)據(jù)，跟蹤設定的目標達到自動控制的功能。最小控制角〆min可通過可控硅控制器面板上的小旋鈕進行調節(jié)。

1.4.2 保護電路。當整流控制系統(tǒng)發(fā)生短路、過載或過壓等情況時，保護電路會自動封鎖觸發(fā)脈沖，使輸出電壓和輸出電流歸零，此時報警燈亮，蜂鳴器響，發(fā)出報警信號，防止設備損壞并及時提醒工作人員對發(fā)現(xiàn)問題進行故障排除。過載故障（包括主機超壓、儲氫超壓、溫度超限、電流和電壓失控等）排除后重新通電按下“復位”按鈕設備即可恢復正常運行。

1.4.3 相序自鎖定環(huán)節(jié)。系統(tǒng)設有相序自動判別電路，自動判別電路會根據(jù)進線的相序自動調整觸發(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 上電封鎖和軟啟動環(huán)節(jié)。整流控制系統(tǒng)剛通電時會自動緩慢開放脈沖，防止上電沖擊，造成元器件損壞?？煽毓杩刂泼姘迳显O有“電源”、“失控”、“過流”、“過壓”四個指示燈［2］，如有故障相應的指示燈會亮。在中心集成控制板上方有六個脈沖輸出指示燈，如哪一路觸發(fā)脈沖有故障與之相對應的指示燈不會亮，用萬用表測量該電路也沒有輸出電壓，這種情況應取下此路晶閘管用萬用表置RX10擋位測量其阻值，陽極接黑表筆，陰極接紅表筆時，萬用表指針發(fā)生偏轉，即可控硅不導通，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 調最小控制角電位器時，如何兼顧失控狀態(tài)。

解決方法：調節(jié)最小控制角電位器時緩慢向一個方向轉動，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節(jié)待失控指示燈熄滅后繼續(xù)調整一小段范圍即可［1］。

1.5.2 開環(huán)調節(jié)時輸出電壓有跳變。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（水電解制氫時一般采用閉環(huán)控制工作方式）。

1.5.3 給定信號回零，輸出不回零，逐漸加大給定后，輸出能連續(xù)調節(jié)。解決方法：一般性負載對高頻脈沖調制信號阻抗太大，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。用萬用表測量輸出側的電壓值，交流電壓值在60伏左右，三相平衡。用萬用表測量輸入側的電壓值，交流電壓值在380伏左右，三相平衡。

2 現(xiàn)將針對我區(qū)制氫站點實際情況提出幾種應急方案

2.1 增設氫氣壓縮系統(tǒng)

臺站增設氫氣壓縮系統(tǒng)，并對制氫業(yè)務人員進行現(xiàn)場操作培訓，合格上崗。平時制氫時可以利用壓縮系統(tǒng)壓縮儲備一定量的氫氣，以備特殊情況時應急使用。

2.2 增設整流控制器

根據(jù)臺站使用制氫設備的型號購置一套相應的電源整流控制系統(tǒng)，利用電源轉關開關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荷，又增加了設備的安全系數(shù)。

2.3 儲備關鍵部件

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、保險管等關鍵部件或易損配件。

2.4 安裝雙備份制氫系統(tǒng)

對于偏遠的高空臺站或者用氫量比較大的重要臺站，可安裝兩套制氫設備。即使設備發(fā)生故障時，另一套設備可以正常工作，不影響正常的業(yè)務開展。

2.5 定期開展培訓并加強日常維護

相關業(yè)務主管單位可以定期邀請廠家技術專家并集中全區(qū)業(yè)務人員進行相關知識的培訓。只有工作人員對設備的工作原理、結構布置、常見故障及排除方法了解掌握之后才能進行更好地對設備進行維護，從而保證設備順利正常工作。

3 小結

制氫設備電源控制系統(tǒng)屬于氣象用水電解制氫設備的關鍵組成部分。特別是變壓器、整流控制板、晶閘管等出現(xiàn)故障損壞時，如果現(xiàn)場沒有備件更換，造成制氫設備無法正常運行，就會對我區(qū)高空氣象探測業(yè)務的順利開展造成不利影響。為了預防設備故障發(fā)生，或者當設備發(fā)生故障時能夠及時解決，使設備故障不對正常的氣象高空探測業(yè)務造成影響，我們應及早做好應急預案。