Ο μετατροπέας συχνότητας ενός συγκεκριμένου πλοίου δυσλειτουργούσε και σκόνταψε κατά τη διάρκεια της ναυσιπλοΐας, με αποτέλεσμα το πλοίο να χάσει την ισχύ του. Με βάση τα συμπτώματα σφάλματος, τις πληροφορίες και τα κατεστραμμένα εξαρτήματα, διεξήχθη μια ανάλυση δέντρου σφάλματος για την εύρεση λύσης, την εξάλειψη της βλάβης και την αποκατάσταση της ισχύος.
Το επικοινωνιακό σύστημα ηλεκτρικής πρόωσης είναι το κύριο ρεύμα της ηλεκτρικής πρόωσης πλοίων σήμερα, με διάφορες μορφές.
Ένα συγκεκριμένο πλοίο υιοθετεί δύο σετ προωστικών συστημάτων τύπου "AC-DC-AC Frequency Converters + AC synchronous motors". Ο μετατροπέας συχνότητας παίζει ρόλο γέφυρας στη μετατροπή ισχύος αυτού του συστήματος πρόωσης και αποτελεί βασικό εξοπλισμό του συστήματος ηλεκτρικής πρόωσης. Μόλις παρουσιαστεί ένα σφάλμα, θα προκαλέσει απώλεια ισχύος του πλοίου.
Επομένως, ο τρόπος αντιμετώπισης και επίλυσης σφαλμάτων του μετατροπέα συχνότητας είναι ένα σημαντικό ζήτημα για τη διασφάλιση της κανονικής λειτουργίας αυτού του τύπου συστήματος πρόωσης. Αυτό το άρθρο εξηγεί τη διαδικασία επίλυσης ενός σφάλματος στον μετατροπέα συχνότητας του συστήματος ηλεκτρικής πρόωσης ενός πλοίου.
Φαινόμενο σφάλματος
Το κύριο κύκλωμα ενός συγκεκριμένου μετατροπέα συχνότητας πλοίου υιοθετεί μια δομή τοπολογίας AC-DC-AC. Η είσοδος είναι δύο σετ τριφασικής ισχύος 690 V 50 Hz AC, η οποία μετατρέπεται σε ισχύ συνεχούς ρεύματος μέσω μη ελεγχόμενης ανόρθωσης και στη συνέχεια μετατρέπεται σε τριφασική τροφοδοσία AC που απαιτείται από το φορτίο μέσω του μετατροπέα και του φιλτραρίσματος εξόδου.
Κατά τη δοκιμή πλοήγησης του συστήματος ηλεκτρικής πρόωσης του πλοίου, κατά τη μετάβαση από διπλό κινητήρα σε τρεις συνθήκες εργασίας σε διπλό κινητήρα σε δοκιμή κατάστασης λειτουργίας μίας:
Αφού έτρεξε για λίγα λεπτά σε συνθήκες λειτουργίας διπλού κινητήρα, ο αριστερός μετατροπέας συχνότητας πρόωσης έκανε έναν περίεργο θόρυβο και το κάτω μέρος του ντουλαπιού του μετατροπέα έκανε έναν ήχο και μαύρο καπνό που εξέπεμπε από τη θύρα εξαερισμού. Ο μετατροπέας συχνότητας δυσλειτουργούσε και σταμάτησε και ο διακόπτης κυκλώματος του κύριου συστήματος πρόωσης απενεργοποιήθηκε.
Κατά τη διάρκεια της δοκιμής πλοήγησης τριών αξόνων, ακούστηκε ένας ήχος στη μέση του πίνακα του μετατροπέα του δεξιού μετατροπέα συχνότητας πρόωσης και ο μαύρος καπνός αναδύθηκε από τη θύρα εξαερισμού. Ο μετατροπέας συχνότητας δυσλειτουργούσε και σταμάτησε και ο διακόπτης κυκλώματος του κύριου συστήματος πρόωσης απενεργοποιήθηκε.
2) Πληροφορίες σφάλματος
Ο κεντρικός πίνακας ελέγχου κατέγραψε τα σφάλματα και τις πληροφορίες συναγερμού που εμφανίστηκαν διαδοχικά κατά τη διάρκεια του τερματισμού της βλάβης:
① Αριστερός μετατροπέας συχνότητας
Μη φυσιολογικός διακόπτης κυκλώματος πρόωσης. Προστασία υλικού ελεγκτή. Βλάβη μονάδας μετατροπέα C2; Δυσλειτουργία κεντρικού διακόπτη.
② Μετατροπέας δεξιάς συχνότητας
Προστασία υλικού ελεγκτή. Σφάλμα στις μονάδες μετατροπέα B1, B2 και A2. Ελέγξτε τη διακοπή ρεύματος και τη βλάβη της μονάδας ψύξης νερού.
③ Οι πληροφορίες σφάλματος του αριστερού μετατροπέα συχνότητας που αναφέρονται παραπάνω υποδεικνύουν ότι
Το υπερβολικό ρεύμα στον αριστερό διακόπτη κυκλώματος πρόωσης προκαλεί προστασία από υπερένταση. Και ο δεξιός διακόπτης ώθησης άνοιξε κανονικά χωρίς φαινόμενο υπερέντασης.
Σφάλμα κατεστραμμένα εξαρτήματα
Αποσυναρμολογήστε τον μετατροπέα συχνότητας και τα κατεστραμμένα εξαρτήματα είναι τα εξής:
Αριστερός μετατροπέας συχνότητας:
Το IGBT φάσης C2 είναι κατεστραμμένο και ορισμένα κελύφη πυκνωτών υποστήριξης DC είναι κατεστραμμένα και παραμορφωμένα. Οι ακροδέκτες του πυκνωτή buffer έχουν υποστεί σοβαρή ζημιά και οι ακροδέκτες του διαύλου DC που συνδέονται με τον πυκνωτή προσωρινής αποθήκευσης έχουν λιώσει. Η στοιβαγμένη ράβδος C φάσης έχει καταστραφεί. Άλλα εξαρτήματα φάσης είναι κανονικά και η κατάσταση υλικού και λογισμικού ελέγχου είναι κανονική.
Μετατροπέας δεξιάς συχνότητας
Η πλακέτα διασύνδεσης προγράμματος οδήγησης IGBT φάσης Α2 πέφτει. Ο κοινός δίαυλος μετατροπέα B1 και B2 και ο κοινός δίαυλος μετατροπέα A1 και A2 έχουν καταστραφεί. Άλλα εξαρτήματα φάσης είναι κανονικά και η κατάσταση υλικού και λογισμικού ελέγχου είναι κανονική.
Ανάλυση αιτίας του αριστερού μετατροπέα συχνότητας
① Η αποσυναρμολόγηση επί τόπου αποκαλύφθηκε:
Οι ακίδες CE του πυκνωτή προσωρινής αποθήκευσης φάσης C2 έχουν φαινόμενο καύσης, αλλά η εσωτερική χωρητικότητα και οι δίοδοι σειράς του πυκνωτή προσωρινής αποθήκευσης είναι άθικτες, υποδεικνύοντας ότι το ρεύμα βραχυκυκλώματος ρέει μέσω των εξωτερικών ακίδων του πυκνωτή προσωρινής αποθήκευσης τη στιγμή του σφάλματος. χωρίς να ρέει μέσω της εσωτερικής χωρητικότητας του buffer πυκνωτή. Με βάση αυτό, μπορεί να προσδιοριστεί ότι υπάρχει ένα φαινόμενο βραχυκυκλώματος μεταξύ των εξωτερικών ακίδων του πυκνωτή buffer τη στιγμή της βλάβης.
Ο πυκνωτής στήριξης του εξαρτήματος του μετατροπέα φάσης C2 είναι κατεστραμμένος και παραμορφωμένος, υποδεικνύοντας ότι έχει συμβεί μια σύντομη περίοδος εκφόρτισης υψηλού ρεύματος και η υπερβολική θερμότητα που συσσωρεύτηκε σε σύντομο χρονικό διάστημα οδήγησε στην παραμόρφωση του κελύφους του πυκνωτή στήριξης.
Το περίβλημα IGBT φάσης C2 είναι ελαφρώς κατεστραμμένο, υποδεικνύοντας ότι η ενέργεια βραχυκυκλώματος δεν έχει απελευθερωθεί σε μεγάλες ποσότητες μέσα στη μονάδα IGBT.
② Από τις πληροφορίες σφάλματος του διακόπτη κυκλώματος, μπορεί να προσδιοριστεί ότι:
Κατά τη διάρκεια της βλάβης, προέκυψε υπερένταση στην πλευρά εισόδου του μετασχηματιστή, προκαλώντας τη διακοπή λειτουργίας του διακόπτη. Η προστασία υλικού του ελεγκτή υποδεικνύει την εμφάνιση υπέρτασης στην εσωτερική πλευρά DC.
Η σύνδεση ακροδεκτών μεταξύ της στοιβαγμένης ράβδου ζυγού και του IGBT φάσης C2 στη μονάδα μετατροπέα φάσης C έχει διαβρωθεί σοβαρά, υποδεικνύοντας βραχυκύκλωμα και συνοδεύεται από εκφόρτιση υψηλής ενέργειας.
③ Κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού, λόγω της ανάδευσης της εσωτερικής διαδρομής του ανέμου και της ανακίνησης του πλοίου, οι αγώγιμες ακαθαρσίες που υπήρχαν στο περίβλημα επικαλύπτονταν στις ακίδες του πυκνωτή προσωρινής αποθήκευσης φάσης C2 πριν από το σφάλμα, με αποτέλεσμα βραχυκύκλωμα οι ακίδες του πυκνωτή buffer?
Το σφάλμα βραχυκυκλώματος εμφανίζεται πρώτα στο εξωτερικό τμήμα της μονάδας IGBT δίπλα στη στοιβαγμένη ράβδο ζυγού. Μετά το βραχυκύκλωμα, προκαλεί μια εκφόρτιση μακράς βραχυκύκλωσης εκατοντάδων χιλιοστών του δευτερολέπτου, η οποία δημιουργεί ένα τόξο μεταξύ των ακίδων του πυκνωτή προσωρινής αποθήκευσης. Το υψηλό ρεύμα αναγκάζει τον εισερχόμενο διακόπτη κυκλώματος να προστατεύει ενεργά και να σβήνει, και η είσοδος ενέργειας στην εισερχόμενη πλευρά διακόπτεται, προκαλώντας ταχεία μείωση της ενέργειας που ρέει μεταξύ των ακίδων του πυκνωτή buffer.
Όταν η ενέργεια εκφόρτισης του πυκνωτή στήριξης είναι ανεπαρκής για τη διατήρηση του τόξου, το ηλεκτρικό τόξο σβήνει. Τη στιγμή της εξάλειψης του τόξου, δημιουργείται υψηλή τάση μεταξύ των ακίδων του πυκνωτή buffer, με αποτέλεσμα η υπέρταση της φάσης C2 IGBT να διαρρεύσει και να περάσει. Η υπόλοιπη ενέργεια εκφόρτισης του πυκνωτή υποστήριξης ρέει μέσω της μονάδας IGBT, προκαλώντας υπερθέρμανση και διάρρηξη του IGBT φάσης C2.
Μετά την προώθηση της καλωδίωσης του συστήματος, δεν τηρήθηκαν τα μέτρα προστασίας του μετατροπέα συχνότητας και δεν πραγματοποιήθηκαν αντίστοιχες επιθεωρήσεις και εργασίες καθαρισμού πριν από τη δοκιμή. Οι αγώγιμες ακαθαρσίες εισήλθαν στο εσωτερικό του μετατροπέα συχνότητας και οι αγώγιμες ακαθαρσίες επικαλύφθηκαν μεταξύ των θετικών και αρνητικών ακροδεκτών DC, σχηματίζοντας ένα τόξο βραχυκυκλώματος και δημιουργώντας υπέρταση. Η υπέρταση θα διασπάσει το IGBT που είναι συνδεδεμένο παράλληλα μεταξύ του θετικού και του αρνητικού ακροδέκτη, προκαλώντας το IGBT να περάσει απευθείας και προκαλώντας ζημιά στο IGBT.
(2) Ανάλυση των αιτιών του σωστού μετατροπέα συχνότητας
① Η αποσυναρμολόγηση επί τόπου αποκαλύφθηκε:
Το IGBT φάσης Β1 υπέστη σοβαρή ζημιά, υποδεικνύοντας ότι ένα μεγάλο ρεύμα διήλθε μέσω της μονάδας IGBT κατά τη διαδικασία σφάλματος και η συσσωρευμένη υψηλή ενέργεια σε σύντομο χρονικό διάστημα προκάλεσε έκρηξη και ζημιά στο IGBT.
Το πρόγραμμα οδήγησης IGBT φάσης Α-2 αποσπάστηκε και δεν υπέστη σοβαρή ζημιά σε σύγκριση με τη φάση Β1, υποδεικνύοντας ότι η ενέργεια που ρέει μέσω του IGBT φάσης Α2 κατά τη διαδικασία σφάλματος ήταν μικρότερη από εκείνη του IGBT φάσης Β1.
Το IGBT φάσης B2 είναι σχεδόν άθικτο, αλλά οι εσωτερικές παράμετροι του IGBT είναι μη φυσιολογικές, υποδεικνύοντας ότι δεν υπάρχει μεγάλη ενέργεια που ρέει μέσω του IGBT φάσης B2 κατά τη διάρκεια του σφάλματος.
Από την ανάλυση των πληροφοριών σφαλμάτων:
Η προστασία υλικού του ελεγκτή υποδεικνύει την εμφάνιση υπέρτασης στην εσωτερική πλευρά DC.
Υπάρχει σοβαρό κάψιμο στο εσωτερικό του IGBT φάσης Β1 και ο ακροδέκτης του διαύλου DC που είναι συνδεδεμένος με αυτό έχει λιώσει, υποδεικνύοντας ότι το καμένο τμήμα του IGBT βρίσκεται τη στιγμή της βλάβης και παρουσιάζεται βραχυκύκλωμα. Το ρεύμα βραχυκυκλώματος ρέει μέσω του ακροδέκτη σύνδεσης IGBT και διαύλου σε σύντομο χρονικό διάστημα, συσσωρεύοντας μεγάλη ποσότητα θερμότητας και προκαλώντας την έκρηξη του IGBT φάσης Β1.
Η έκρηξη IGBT φάσης Β1 προκάλεσε πτώση της πλακέτας διεπαφής προγράμματος οδήγησης IGBT της ανώτερης φάσης Α2, προκαλώντας περαιτέρω ζημιά στο IGBT φάσης Α2.
Λόγω της σύνδεσης των IGBT φάσης B2 και IGBT φάσης B1 στο κύριο κύκλωμα μέσω της ίδιας στοιβαγμένης ράβδου ζυγού, η φάση B1 IGBT εξερράγη, προκαλώντας ζημιά στη φάση B2 IGBT
Κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού ηλεκτρικής πρόωσης, η εσωτερική διαδρομή ανέμου και η ταλάντευση του πλοίου του εξοπλισμού προκαλούν την επικάλυψη αγώγιμων ακαθαρσιών στο ερμάριο στους θετικούς και αρνητικούς ακροδέκτες της φάσης B1 IGBT DC, προκαλώντας βραχυκύκλωμα. Τη στιγμή του βραχυκυκλώματος, δημιουργείται ένα τόξο υψηλής ενέργειας μεταξύ των ακροδεκτών DC IGBT φάσης Β1, λιώνοντας τις αγώγιμες ακαθαρσίες, αυξάνοντας το ηλεκτρικό διάκενο των ακροδεκτών DC και σβήνοντας το τόξο.
Τη στιγμή της κατάσβεσης, δημιουργείται υψηλή τάση μεταξύ των σημείων βραχυκυκλώματος, με αποτέλεσμα η φάση B1 IGBT να διαρρεύσει και να περάσει. Η ενέργεια εισόδου στην πλευρά εισόδου εναλλασσόμενου ρεύματος και η ενέργεια που αποθηκεύεται στον πυκνωτή υποστήριξης απελευθερώνονται μέσω του IGBT, προκαλώντας έκρηξη και ζημιά στη φάση Β1. Το ωστικό κύμα της έκρηξης προκαλεί την πτώση της πλακέτας οδηγού IGBT φάσης Α2 ακριβώς από πάνω, καθιστώντας την ανίκανη να ελέγξει την κανονική αγωγή και τον τερματισμό της φάσης Α2 IGBT. Η πύλη βρίσκεται σε κατάσταση απώλειας ελέγχου και ο στατικός ηλεκτρισμός συσσωρεύεται σε κάποιο βαθμό, προκαλώντας την αγωγή του IGBT. Η υπόλοιπη ενέργεια στην πλευρά DC θα ρέει μέσω της φάσης Α2 IGBT, προκαλώντας ζημιά.
Η τάση τόξου που δημιουργείται από τον ακροδέκτη DC του IGBT φάσης B1 παρεμβαίνει στον ακροδέκτη DC του IGBT φάσης B2 μέσω της στοιβαγμένης ράβδου ζυγού, προκαλώντας ζημιά στη φάση B2 IGBT.
Μέτρα αντιμετώπισης βλαβών
Με βάση την ανάλυση της αιτίας της δυσλειτουργίας, θα ληφθούν τα ακόλουθα αντίστοιχα διορθωτικά μέτρα:
(1) Αντικαταστήστε τα κατεστραμμένα εξαρτήματα του μετατροπέα. Καθαρίστε σχολαστικά άλλα εξαρτήματα και εξαρτήματα του κύριου κυκλώματος, ειδικά την επιφάνεια IGBT και τη σχετική καλωδίωση. Σφίξτε και επιθεωρήστε όλους τους συνδετήρες και τους ακροδέκτες καλωδίωσης για επιβεβαίωση. Εκτελέστε στατικούς ελέγχους και ελέγχους κατάστασης στον αποκατασταθέντα μετατροπέα συχνότητας και επιβεβαιώστε σύμφωνα με τη διαδικασία στατικής ενεργοποίησης, διατηρώντας τα αντίστοιχα αρχεία.
(2) Περαιτέρω αναθεώρηση και βελτίωση της "Τεχνολογίας Κατασκευής για Προστασία Εξοπλισμού Περιεκτικού Συστήματος Προώθησης Ηλεκτρικής Ενέργειας", κάνει καλή δουλειά στην προστασία και καθαρισμό του εξοπλισμού ηλεκτρικής πρόωσης, επιβλέπει έγκαιρα και συνεργάζεται ενεργά με τους κατασκευαστές για τη διεξαγωγή ολοκληρωμένων επιθεωρήσεων της καλωδίωσης , συντήρηση και καθαρισμός του εξοπλισμού ηλεκτρικής πρόωσης, για την εξασφάλιση ασφαλών και ομαλών δοκιμών.
(3) Μετά την ολοκλήρωση της διόρθωσης, πραγματοποιήθηκαν διάφορες δοκιμές συνθηκών εργασίας για μονό άξονα και διπλό άξονα και τα αποτελέσματα των δοκιμών πληρούσαν τις απαιτήσεις του περιγράμματος δοκιμής και του βιβλίου δοκιμών.
5. Συμπέρασμα
Η αντιμετώπιση προβλημάτων του μετατροπέα συχνότητας και η αποκατάσταση της ισχύος υποδεικνύουν ότι η μέθοδος ανάλυσης και η διαδικασία χειρισμού σε αυτό το άρθρο είναι σωστές.
Η καθημερινή συντήρηση του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού είναι ένας σημαντικός κρίκος για τη διασφάλιση της κανονικής λειτουργίας του και οποιαδήποτε αμέλεια μπορεί να προκαλέσει βλάβη του εξοπλισμού, με σοβαρές συνέπειες.