劉 進(jìn)，張戰(zhàn)果，陳曉偉，張振國

（武漢鋼鐵有限公司冷軋總廠；湖北武漢 430082）

0 引言

帶鋼通過清洗后，不間斷地進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行工藝退火，然后平整、剪邊、涂油變成最終成品。連退生產(chǎn)線對于設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性要求非常高。連退生產(chǎn)線如果出現(xiàn)突發(fā)性故障停機(jī)，極易導(dǎo)致爐內(nèi)帶鋼高溫變形瓢曲，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

直流穩(wěn)壓電源通常給電氣柜中的精密儀器儀表、PLC 及變頻設(shè)備供電。一旦出現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源供電故障，多數(shù)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線直接停機(jī)，爐內(nèi)被迫降溫拖出廢帶鋼。出于成本考慮，連退線的大部分直流供電線路都沒有做冗余設(shè)計(jì)。因而在日常維護(hù)過程中，對直流穩(wěn)壓電源的健康預(yù)測和提高事故防范能力非常重要。

1 直流穩(wěn)壓電源的元器件分析

直流穩(wěn)壓電源通常由以下幾個(gè)部分組成：抗干擾電路、功率變換、整流濾波、脈寬調(diào)制電路、穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路等。常用電器元件包括：變壓器、電解電容、二極管、MOS 管、控制芯片、集成穩(wěn)壓器、電位器等。其中最易發(fā)生損壞的是電解電容、二極管和MOS 管，其次是電位器、變壓器。

電解電容是電子設(shè)備中最容易老化失效的元件，也是直流穩(wěn)壓電源中最易發(fā)生故障的元件。電解電容長期在高頻率的狀態(tài)下工作，其內(nèi)部的電解液會(huì)逐漸消耗，從而使電容的容量下降。實(shí)驗(yàn)證明，環(huán)境溫度每升高10 ℃，電容的壽命便會(huì)減半。根據(jù)電容器等效串聯(lián)電阻模型電壓的變化和電容器穩(wěn)態(tài)輸出電壓的變化，進(jìn)行的預(yù)測濾波電容器老化實(shí)驗(yàn)表明：電容正常狀態(tài)、老化臨界狀態(tài)和故障狀態(tài)，三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)化在其老化過程中有一定趨勢性，并有相對較大的觀察空間。二極管和MOS 管比電解電容相對抗老化，壽命也更持久。MOS 管較易受外界高壓干擾的影響，二極管的劣化則主要與電流和溫度有關(guān)。

電源中元器件的突發(fā)性失效問題屬于隨機(jī)產(chǎn)生的問題，預(yù)知元器件突發(fā)性失效問題非常困難。但電子元器件的自然老化和環(huán)境劣化會(huì)有一個(gè)隨時(shí)間變化的周期。最有效的方法就是進(jìn)行嚴(yán)格的周期性點(diǎn)檢，輔以專業(yè)技術(shù)知識，從直流穩(wěn)壓電源表現(xiàn)出的各種跡象對其運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)判。

2 直流穩(wěn)壓電源的點(diǎn)檢方法

直流穩(wěn)壓電源檢測的有效手段包括：①紅外熱成像技術(shù)。通過紅外熱成像儀可以探測到直流穩(wěn)壓電源中，溫度較高的元件。從而判斷出直流穩(wěn)壓電源的運(yùn)行狀態(tài)；②X 射線檢測。通過透視檢查，觀察電源內(nèi)部元件及焊點(diǎn)是否良好；③電子顯微鏡檢測。通過放大倍數(shù)觀察，可以清楚看到內(nèi)部元件表面缺陷。

后兩種檢測對設(shè)備要求較高，僅適用于實(shí)驗(yàn)室，并不適合現(xiàn)場點(diǎn)檢，而且連退機(jī)組缺乏停電檢測的條件。紅外線熱成像儀檢測非常有效，可以帶電檢測。但對于現(xiàn)場設(shè)備人員來說，紅外線熱成像儀器較為貴重，不能夠完全普及。在直流穩(wěn)壓電源帶電的情況下，僅憑五感是難以判斷直流電源運(yùn)行狀況的?，F(xiàn)場最常見的點(diǎn)檢工具是萬用表和點(diǎn)溫槍。所以定期檢測直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓和運(yùn)行溫度是預(yù)測電源故障唯一可行的手段。

在點(diǎn)檢過程中，僅憑單獨(dú)的時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)難以判斷電源健康狀況優(yōu)劣，必須根據(jù)運(yùn)行點(diǎn)檢記錄進(jìn)行對比和趨勢分析。若點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)以下幾種運(yùn)行趨勢，則是電源老化或劣化的先兆，必須引起注意。

（1）輸出電壓變低。出現(xiàn)此情況，首先考慮交流輸入電壓是否過低，從而導(dǎo)致整流濾波電路的工作電壓不夠，或者電路中增加了負(fù)載，超出了直流穩(wěn)壓電源的負(fù)荷能力。如果檢測兩者均正常，則有可能是負(fù)載電路過流、整流輸出電路中的二極管、濾波電容發(fā)生老化。

（2）輸出電壓變高。有可能是脈寬調(diào)制電路出現(xiàn)問題，振蕩定時(shí)電容的容量下降。整流二極管開路、濾波電容開路等。

（3）輸出電壓不穩(wěn)定。需要檢查基準(zhǔn)采樣電路和穩(wěn)壓反饋電路，有可能是這兩部分的電容器、MOS 管、整流器、電位器等出現(xiàn)了老化降級。

（4）長期運(yùn)行溫度過高。運(yùn)行溫度過高會(huì)加速電源內(nèi)電氣元件的老化，影響最大的是電解電容，其次是變壓器線圈以及電源的絕緣性能，二極管、MOS 管的壽命也會(huì)受到影響。

3 直流電源的預(yù)防性管理

對于直流電源電路的設(shè)備管理，必須要做的事情包括以下3 點(diǎn)。

（1）確認(rèn)全線每個(gè)直流電源所帶的負(fù)載是否合適。電源負(fù)載分為純電阻性負(fù)載、線性負(fù)載、非線性負(fù)載。如果不是純電阻性負(fù)載，歐姆定律不一定適用。因此在計(jì)算直流電源負(fù)載的時(shí)候，準(zhǔn)確的方法是測量電源工作時(shí)的輸出電流和電壓，直接利用P（功率）=U（電壓）×I（電流）的常用功率公式進(jìn)行推算。直流穩(wěn)壓電源所帶負(fù)載最好不要超過其額定負(fù)載的70 %。

（2）確保直流穩(wěn)壓電源的良好工作環(huán)境。粉塵和高溫是直流穩(wěn)壓電源最大的殺手。一個(gè)相對防塵并且通風(fēng)的環(huán)境有利于延長直流穩(wěn)壓電源的使用壽命。直流電源的工作溫度范圍可以參照電源的產(chǎn)品手冊，以常見的西門子SITOP 電源為例，最高工作溫度為70 ℃。如果日常點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)電源工作溫度接近這個(gè)數(shù)值，必須立即尋找方法給電源降溫，并提高點(diǎn)檢頻率，隨時(shí)觀察電源健康狀況。

（3）定期點(diǎn)檢。建立直流穩(wěn)壓電源的運(yùn)行檔案進(jìn)行趨勢分析。部分直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓是可以調(diào)節(jié)的。對于連續(xù)運(yùn)行機(jī)組來說，頻繁調(diào)節(jié)輸出電壓不利于觀察電源運(yùn)行的歷史趨勢。故除了電源初次上機(jī)時(shí)對輸出電壓進(jìn)行校準(zhǔn)之外，不建議在運(yùn)行過程中，對直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

初次定期點(diǎn)檢的頻率建議每月一次。三個(gè)月后，可根據(jù)點(diǎn)檢數(shù)據(jù)庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。對于工作環(huán)境比較惡劣、輸出電壓有變化的電源增加點(diǎn)檢頻率，高溫暴雨季節(jié)增加點(diǎn)檢頻率。工作環(huán)境好，輸出穩(wěn)定的電源，可適當(dāng)降低點(diǎn)檢頻率。簡單地說，決定點(diǎn)檢頻率的依據(jù)是：①線路的重要性；②工作環(huán)境的優(yōu)劣；③前期的點(diǎn)檢狀況。

以初次安裝時(shí)輸出電壓校準(zhǔn)為24 V 的西門子SITOP 電源為例，若電源出現(xiàn)以下三種情況，建議做預(yù)防性更換。①輸出電壓呈逐步降低趨勢或已降至＜23.5 V；②輸出電壓呈逐步升高趨勢或已升至＞25 V；③測量時(shí)發(fā)現(xiàn)電源輸出電壓跳動(dòng)且波動(dòng)值>0.1 V。

對于預(yù)防性維護(hù)更換下來的直流穩(wěn)壓電源，可以打開外殼進(jìn)行功能性檢測，決定是否進(jìn)行修復(fù)或直接廢棄。檢測元器件狀況尚好的電源，可以重新校準(zhǔn)輸出電壓后，置換在不太重要的線路上繼續(xù)使用。

4 結(jié)束語

對于連退生產(chǎn)線這種不能故障停機(jī)的機(jī)組，供電線路的安全性和穩(wěn)定性始終是第一位。電氣元件的突然性失效固然難以預(yù)知，但直流穩(wěn)壓電源的老化或者劣化有一定的時(shí)間周期，可以通過測量輸出電壓和溫度的方法，預(yù)知其健康狀況。加強(qiáng)定期點(diǎn)巡檢，做好設(shè)備檔案記錄，及時(shí)利用檢修時(shí)間進(jìn)行預(yù)防性更換，是目前行之有效的設(shè)備管理方案。