水电解制氢故障原因分析及故障处理方法.doc

水电解制氢整流装置故障处理方法与原因分析豆锐（陕西天宏硅材料有限责任公司，陕西 咸阳，712038）摘要 我公司水电解制氢装置在运行中出现的几类故障，通过认真检查、分析，总结得出解决该类故障的处理方法以及预防措施。关键词 整流装置，电流波动，电流不平衡，反馈，预防措施0 引 言因为水电解制氢中正极产生氧气，负极产生氢气，而交流电正负极频繁交替更换，所以两极生产出的气体均为氧气和氢气的混合物，所以水电解制氢需要通入直流电。整流装置是将整流变压器输出的交流电能转换为直流电能的装置。氢气是多晶硅生产中的主要原料之一，氢气的纯度直接决定产品的质量。由于水电解制氢具有气体纯度高、杂质少、无污染、产气量大等优点，所以在多晶硅行业应用极为广泛。本文针对我公司使用718所生产的六台整流装置（额定输出电压为180V,额定输出电流为6360A）在2009年运行至今所出现过的重大故障以及其形成原因进行分析并提出解决办法和预防措施。1 整流装置的工作原理我公司使用的整流装置是采用六相双反星形可控整流工作原理，即两组三相半波并联连接，两组绕组相位差180。晶闸管的导通需要具备两个条件：（1）晶闸管两端承受正向电压；（2）触发电路提供门极电压。触发电路门极电压是由同步变压器输出的同步信号经比较器与输入的直流控制电压比较后，再经脉宽形成电路整形后得到的脉冲电压。通过门极电压控制晶闸管的导通角，可通过Ud=1.17Uncos得到用户所需的直流电压。2 故障现象、原因分析及其处理方法2.1电流波动2.1.1故障现象2#整流装置在正常运行中电流突然由设定值降至零，又由零升至最大值7000A，再回到设定值，如此反复数次，如图2.1所示。图2.12.1.2 原因分析在整理装置中造成电流波动的原因有很多，其中有整流装置内部元器件损坏，元器件内部以及控制线接触不良，电流电压反馈信号故障等等。由电流曲线图可以看出：电流由设定值降为零，是可控硅瞬间全部关断，要么是可控硅全部坏掉，这种可能性很小，要么就是触发板没有输出脉冲。当电流降为零时，通过电流反馈回路PLC监测到电流与给定电流值相差很大，PLC内部自动计算给定，如果控制仍然无效，PLC给定最大值，对应输出也为最大值；当控制突然有效时，电流上升至最高值，此时PLC监测到电流值比设定值高，PLC内部自动计算给定，将电流值下降至给定值。2.1.3处理方法首先询问变电所电网电压是否有波动现象；其次将手/自动转换开关由自动转至手动，观察电流是否还波动，如果电流平稳，则需要检查手/自动转换开关的好坏以及如图2.2所示的电流给定和电流、电压反馈环节。触发板PLC电流给定模块手/自动转换开关（a）电流给定回路电流表分流器触发板电流反馈模块PLC（b）电流反馈回路整流柜输出正负两端电压电压表电压反馈模块PLCL+L-R7R8触发板（c）电压反馈回路2.2 电流给定及电流、电压反馈回路其中电流给定模块输入是DC4-20mA，对应输出是DC0-15V的信号；分流器规格为7.5kA/75mV，即DC100A电流对应DC1mV；电流反馈模块输入是DC0-75mV，对应输出是DC4-20mA；电压反馈模块输入是DC0-250V，对应输出是DC4-20mA，因为整流柜两端输出电压为180V，所以引入R8分压电阻，其中R7=0.51k，R8=8.7k，反馈给触发板的电压是DC0-10V。用万用表逐一测量模块输入和输出数值对应的电流、电压数值是否对应上位机显示的数值来判断模块的好坏和反馈回路中接触不良等故障。发现电流仍然有波动，继续检查整流柜内部各元件的好坏，观察触发板上各类指示灯的变化。发现在电流波动时，触发板上的指示灯“RUN”也在闪烁，由此判定电流波动是由于触发脉冲消失导致。“RUN”指示灯灭有两种可能，一是触发板坏，二是触发启动信号消失，触发启动信号回路如图2.3所示。NL87KMKMSB启动信号2.3 触发启动信号先检查触发信号，当触发启动按钮SB按下时，接触器KM吸合，KM7-8常开触点闭合，触发板启动，“RUN”指示灯亮，检查发现接触器触点上有大量灰尘，在吸合时接触不良。更换接触器后重新启动，再没有出现电流波动。2.2 整流变压器高压侧三相电流不平衡2.2.1 故障现象正常运行中，高压配电所运行人员检查发现1#整流变压器高压侧电流三相电流不平衡，其中A相电流比C相电流高20A左右，并且制氢站运行人员发现整流装置声音异常。2.2.2 原因分析引起整流变压器高压侧三相电流不平衡的因素有：1.电网三相电压不平衡；2.电流互感器有问题；3.整流变压器低压侧三相负载不平衡，其中引起三相负载不平衡的原因有某些晶闸管不导通和触发角不同步等原因。2.2.3 处理方法对照后台显示和现场电压，发现电网三相电压平衡。因为在设备在带电运行中，所以先不检查电流互感器问题。接下来首先用万用表测量整流装置输入六相电压均平衡，再用万用表mV档带电测量六个快熔上下两端电压进行比较，发现FU2快熔上下两端没有电压，测量FU2下端铜排导线对地有电压，那么就能判定是VD2没有导通。根据晶闸管导通条件可逐一查找原因，用万用表测量触发板脉冲输出端即晶闸管控制极与阴极两端电阻发现其它五个电阻均在20左右，而VD2控制极与阴极电阻为320，检查发现触发板至晶闸管的控制极接线在焊接处断开，处理后运行观察则一切正常。2.3 电流升不上去2.3.1 故障现象由于用气量增大，将1#整流装置电流由3000A调至4500A时，发现电流调不上去。2.3.2 原因分析电流调不上去一般有以下几点原因：1. 电解槽中碱液浓度太高或太低；2. 电流给定回路和电流反馈回路中元器件老化或者接触不良等；3. 触发板没有输出相应改变的脉冲。2.3.3 处理方法首先，排除碱液浓度不合理原因；其次，将手/自动转换按钮转换至手动，用手动调节器调节观察电流的变化。如果电流可以跳上去，那么用万用表逐步测量电流给定回路和反馈回路各类信号，测量PLC输出至给定模块的电流为15.5mA，而电流给定模块输出电压为6.4V，根据原理可知，电流给定模块输出电压应为9.6V；所以最后判定电流给定模块老化不灵敏导致电流升不上去，更换后正常。如果手动调节电流也调不上去，就要检查触发板元器件了，要求在精通触发板工作原理的情况下，有针对性地逐一检查。值得注意的是整流变压器低压侧输出档位一定选择准确。3 预防措施整流装置对环境的要求较高，所以整流装置应安装在不含过量的粉尘，没有导电和导磁性尘埃，不含酸、碱、腐蚀性、爆炸性及易电离的微粒和气氛。整流室内必须保持清洁，各处的积尘不能达到引起放电和破坏绝缘的程度，定期清理整流装置内积尘。整流装置应远离辐射等干扰源，整流装置中晶闸管冷却水要符合如下要求：温度+5+35，PH值69，电导率2500cm。运行人员以及电气仪表维护人员要熟悉工艺流程和控制系统原理，加强设备点巡检，发现问题及时处理，以免造成事故的发生。4 结束语 为保证整流装置稳定可靠运行，就要加强员