Frekvensomvandlaren på ett visst fartyg fungerade fel och löste ut under navigering, vilket gjorde att fartyget tappade ström. Baserat på felsymptomen, informationen och skadade komponenter genomfördes en felträdsanalys för att hitta en lösning, eliminera felet och återställa strömmen.
Det elektriska kommunikationssystemet är huvudströmmen av fartygs elektriska framdrivning idag, med olika former.
Ett visst fartyg använder två uppsättningar av "AC-DC-AC frekvensomvandlare + AC synkrona motorer" typ AC framdrivningssystem. Frekvensomvandlaren spelar en bryggroll i kraftomvandlingen av detta framdrivningssystem och är en nyckelutrustning i det elektriska framdrivningssystemet. När ett fel uppstår kommer det att leda till att fartyget tappar ström.
Därför är hur man felsöker och löser frekvensomformarfel en viktig fråga för att säkerställa normal drift av denna typ av framdrivningssystem. Den här artikeln förklarar processen för att lösa ett fel i frekvensomformaren i ett fartygs elektriska framdrivningssystem.
Felfenomen
Huvudkretsen för ett visst fartygs frekvensomvandlare antar en AC-DC-AC-topologistruktur. Ingången är två uppsättningar trefas 690 V 50 Hz växelström, som omvandlas till likström genom okontrollerad likriktning och sedan omvandlas till trefas växelström som krävs av belastningen genom växelriktare och utgångsfiltrering.
Under navigationstestet av fartygets elektriska framdrivningssystem, under övergången från dubbelmotor till tre arbetsförhållanden till dubbelmotor till ett arbetstillståndstest:
Efter att ha kört i några minuter under drift med dubbla motorer gjorde den vänstra framdrivningsfrekvensomvandlaren ett konstigt ljud, och den nedre delen av växelriktarskåpet gjorde ett ljud och svart rök från ventilationsporten. Frekvensomformaren fungerade fel och stannade, och huvudströmbrytaren för framdrivningssystemet löste ut;
Under det enaxliga trenavigeringstestet uppstod ett ljud i mitten av växelriktarskåpet på den högra framdrivningsfrekvensomformaren och svart rök kom ut från ventilationsporten. Frekvensomformaren fungerade fel och stannade, och huvudströmbrytaren för framdrivningssystemet löste ut.
2) Felinformation
Den centraliserade kontrollpanelen registrerade felen och larminformationen som inträffade successivt under felavstängningen:
① Vänster frekvensomformare
Onormal framdrivningsströmbrytare; Hårdvaruskydd för styrenhet; Inverterenhet C2 fel; Fel på huvudströmbrytaren.
② Höger frekvensomformare
Hårdvaruskydd för styrenhet; Fel i växelriktarenheterna B1, B2 och A2; Styrströmavbrott och fel på vattenkylningsenheten.
③ Felinformationen för den vänstra frekvensomformaren som nämns ovan indikerar det
För hög ström i den vänstra framdrivningsbrytaren orsakar överströmsutlösningsskydd; Och den högra tryckbrytaren öppnades normalt utan något överströmsfenomen.
Fel skadade komponenter
Ta isär frekvensomformaren och de skadade komponenterna är som följer:
Vänster frekvensomvandlare:
C2-fas IGBT är skadad och vissa DC-stödkondensatorskal är skadade och deformerade. Buffertkondensatorklämmorna är allvarligt skadade och DC-busklämmorna som är anslutna till buffertkondensatorn smälts; Den C-fas staplade samlingsskenan är skadad; Andra faskomponenter är normala, och kontrollens hårdvara och mjukvarustatus är normal.
Höger frekvensomformare
A2-fas IGBT-drivrutinsgränssnittskort faller ut; Den delade växelriktarskenan B1 och B2 och den delade växelriktarskenan A1 och A2 är skadade; Andra faskomponenter är normala, och kontrollens hårdvara och mjukvarustatus är normal.
Orsaksanalys av vänster frekvensomformare
① Demontering på plats visade:
CE-stiften på C2-fasbuffertkondensatorn har ett brinnande fenomen, men buffertkondensatorns interna kapacitans och seriedioder är intakta, vilket indikerar att kortslutningsströmmen flyter genom buffertkondensatorns externa stift i felögonblicket, utan att flöda genom buffertkondensatorns interna kapacitans. Baserat på detta kan det fastställas att det finns ett kortslutningsfenomen mellan buffertkondensatorns yttre stift i felögonblicket;
Stödkondensatorn för C2-fasomvandlarkomponenten är skadad och deformerad, vilket indikerar att en kort period med hög strömurladdning har inträffat, och den överdrivna värmen som ackumulerats under en kort tidsperiod har lett till deformering av det stödjande kondensatorskalet;
C2-fas IGBT-höljet är något skadat, vilket indikerar att kortslutningsenergin inte har släppts ut i stora mängder inuti IGBT-modulen;
② Från strömbrytarens felinformation kan det fastställas att:
Under felet uppstod överström på transformatorns ingångssida, vilket gjorde att strömbrytaren löste ut; Hårdvaruskydd för styrenheten indikerar förekomsten av överspänning på den interna DC-sidan;
Terminalanslutningen mellan den staplade samlingsskenan och C2-fas IGBT i C-fas växelriktarenheten är kraftigt eroderad, vilket indikerar en kortslutning och åtföljs av högenergiurladdning;
③ Under driften av utrustningen, på grund av omrörningen av den inre vindbanan och skakningen av fartyget, överlappade ledande föroreningar som fanns i skåpet vid stiften på C2-fasbuffertkondensatorn före felet, vilket resulterade i en kortslutning av buffertkondensatorstiften;
Kortslutningsfelet uppstår först i den externa delen av IGBT-modulen intill den staplade samlingsskenan. Efter kortslutningen orsakar den en lång kortslutningsurladdning på hundratals millisekunder, vilket genererar en båge mellan buffertkondensatorstiften. Den höga strömmen gör att den inkommande strömbrytaren aktivt skyddar och löser ut, och energiinmatningen på den inkommande sidan avbryts, vilket gör att energin som strömmar mellan buffertkondensatorstiften snabbt minskar;
När urladdningsenergin från den stödjande kondensatorn är otillräcklig för att bibehålla ljusbågen, släcks ljusbågen. I ögonblicket för bågsläckning genereras en hög spänning mellan stiften på buffertkondensatorn, vilket gör att överspänningen hos C2-fas IGBT bryter igenom och passerar igenom. Den återstående urladdningsenergin från den stödjande kondensatorn strömmar genom IGBT-modulen, vilket gör att C2-fasens IGBT överhettas och brister;
Efter att systemkabeldragningen flyttats fram, följdes inte skyddsåtgärderna för frekvensomformaren och motsvarande inspektioner och rengöringsarbeten utfördes inte före testet. Konduktiva föroreningar kom in i frekvensomformarens inre, och de ledande föroreningarna överlappade mellan de positiva och negativa DC-anslutningarna, bildade en kortslutningsbåge och genererade överspänning. Överspänningen kommer att bryta IGBT ansluten parallellt mellan de positiva och negativa terminalerna, vilket gör att IGBT passerar direkt och orsakar IGBT-skador.
(2) Analys av orsakerna till den högra frekvensomformaren
① Demontering på plats visade:
B1-fas IGBT var allvarligt skadad, vilket indikerar att en stor ström strömmade genom IGBT-modulen under felprocessen, och den ackumulerade höga energin på kort tid fick IGBT att explodera och skadas;
A-2-fas IGBT-drivrutinen lossnade och skadades inte allvarligt jämfört med B1-fasen, vilket indikerar att energin som flödade genom A2-fasens IGBT under felprocessen var mindre än den för B1-fasens IGBT;
B2-fas IGBT är nästan oskadad, men de interna parametrarna för IGBT är onormala, vilket indikerar att det inte finns någon stor energi som strömmar genom B2-fas IGBT under felet;
Från analysen av felinformation:
Hårdvaruskydd för styrenheten indikerar förekomsten av överspänning på den interna DC-sidan;
Det är allvarlig bränning inuti B1-fas IGBT, och DC-bussterminalen som är ansluten till den har smält, vilket indikerar att den utbrända delen av IGBT befinner sig i felögonblicket och en kortslutning inträffar. Kortslutningsströmmen flyter genom IGBT- och bussanslutningsterminalen under en kort tidsperiod, ackumulerar en stor mängd värme och får B1-fas IGBT att explodera;
B1-fas IGBT-explosionen fick det övre A2-fas IGBT-drivrutingränssnittskortet att falla av, vilket ytterligare orsakade skada på A2-fas IGBT;
På grund av att B2-fas IGBT och B1-fas IGBT var anslutna till huvudkretsen genom samma staplade samlingsskena, exploderade B1-fas IGBT, vilket orsakade skada på B2-fas IGBT
Under driften av den elektriska framdrivningsutrustningen orsakar utrustningens inre vindbana och fartygsvajning att ledande föroreningar i skåpet överlappar vid de positiva och negativa terminalerna på B1-fas IGBT DC, vilket orsakar en kortslutning. Vid kortslutningsögonblicket genereras en högenergibåge mellan B1-fas IGBT DC-terminaler, smälter de ledande föroreningarna, ökar det elektriska gapet för DC-terminalerna och släcker ljusbågen;
Vid släckningsögonblicket genereras en hög spänning mellan kortslutningspunkterna, vilket gör att B1-fasens IGBT bryter igenom och passerar igenom. Ingångsenergin på AC-ingångssidan och energin som lagras i den stödjande kondensatorn frigörs alla genom IGBT, vilket gör att B1-fasen exploderar och skadas. Explosionens stötvåg gör att A2-fas IGBT-drivrutinen direkt ovanför faller av, vilket gör att den inte kan kontrollera den normala ledningen och avstängningen av A2-fas IGBT. Grinden är i ett tillstånd av kontrollförlust och statisk elektricitet ackumuleras i viss utsträckning, vilket får IGBT att leda. Den återstående energin på DC-sidan kommer att flöda genom A2-fas IGBT, vilket gör att den skadas;
Bågspänningen som genereras av DC-terminalen på B1-fas IGBT interfererar med DC-terminalen på B2-fas IGBT genom den staplade samlingsskenan, vilket orsakar skada på B2-fas IGBT.
Åtgärder vid felhantering
Baserat på analysen av orsaken till felet kommer följande motsvarande korrigerande åtgärder att vidtas:
(1) Byt ut skadade växelriktarkomponenter; Rengör noggrant andra komponenter och huvudkretskomponenter, särskilt IGBT-ytan och tillhörande ledningar; Dra åt och inspektera alla kontakter och kabelanslutningar för bekräftelse; Utför statiska kontroller och statuskontroller på den återställda frekvensomformaren och bekräfta enligt processen för statisk påslagning, håll motsvarande register;
(2) Ytterligare revidera och förbättra "Construction Technology for Equipment Protection of Comprehensive Electric Power Propulsion System", gör ett bra jobb med skydd och rengöring av elektrisk framdrivningsutrustning, övervaka och aktivt samarbeta med tillverkare för att genomföra omfattande inspektioner av ledningarna , underhåll och rengöring av elektrisk framdrivningsutrustning, för att säkerställa säker och smidig testning;
(3) Efter att korrigeringen avslutats, utfördes olika arbetstillståndstester för enkelaxliga och dubbelaxliga, och testresultaten uppfyllde kraven i testschemat och testboken.
5. Sammanfattning
Felsökningen av frekvensomformaren och återställandet av strömmen indikerar att analysmetoden och hanteringsprocessen i denna artikel är korrekt.
Det dagliga underhållet av elektrisk utrustning är en viktig länk för att säkerställa dess normala funktion, och eventuell försummelse kan orsaka fel på utrustningen, vilket resulterar i allvarliga konsekvenser.