어떤 선박의 주파수 변환기가 항해 중에 오작동하고 트립되어 선박의 전력이 손실되었습니다. 고장 증상, 정보, 손상된 부품을 바탕으로 고장 트리 분석을 실시하여 해결책을 찾고, 고장을 제거하고, 전원을 복원했습니다.
통신 전기추진 시스템은 다양한 형태로 오늘날 선박 전기추진의 주류가 되고 있다.
어떤 선박은 "AC-DC-AC 주파수 변환기 + AC 동기 모터" 유형 AC 추진 시스템의 두 세트를 채택합니다. 주파수 변환기는 본 추진 시스템의 전력 변환에 가교 역할을 하며 전기 추진 시스템의 핵심 장비입니다. 결함이 발생하면 선박의 전력 공급이 중단됩니다.
따라서 주파수 변환기 결함을 해결하는 방법은 이러한 유형의 추진 시스템의 정상적인 작동을 보장하는 중요한 문제입니다. 이 기사에서는 선박 전기 추진 시스템의 주파수 변환기 결함을 해결하는 과정을 설명합니다.
결함 현상
특정 선박의 주파수 변환기의 주 회로는 AC-DC-AC 토폴로지 구조를 채택합니다. 입력은 3상 690V 50Hz AC 전원 2세트로 무제어 정류를 통해 DC 전력으로 변환된 후 인버터 및 출력 필터링을 통해 부하에 필요한 3상 AC 전력으로 변환됩니다.
선박 전기 추진 시스템의 항해 테스트 중, 이중 엔진에서 3가지 작동 조건으로, 이중 엔진에서 1가지 작동 조건으로 전환하는 동안 테스트:
이중 엔진 작동 조건에서 몇 분 동안 작동한 후 왼쪽 추진 주파수 변환기에서 이상한 소음이 발생하고 인버터 캐비닛 하단에서 소리가 나고 환기 포트에서 검은 연기가 발생했습니다. 주파수 변환기가 오작동하여 정지했으며 주 추진 시스템 회로 차단기가 작동했습니다.
단축 3축 항법 시험 중 우측 추진 주파수 변환기의 인버터 캐비닛 중앙에서 소리가 나고 환기구에서 검은 연기가 나왔습니다. 주파수 변환기가 오작동하여 정지했으며 주 추진 시스템 회로 차단기가 작동했습니다.
2) 결함 정보
중앙 제어 패널은 오류 종료 중에 연속적으로 발생한 오류 및 경보 정보를 기록했습니다.
① 왼쪽 주파수 변환기
비정상적인 추진 회로 차단기; 컨트롤러 하드웨어 보호; 인버터 장치 C2 오류; 메인 스위치 오작동.
② 오른쪽 주파수 변환기
컨트롤러 하드웨어 보호; 인버터 장치 B1, B2, A2에 결함이 있습니다. 제어 정전 및 수냉 장치 고장.
③ 위에서 언급한 왼쪽 주파수 변환기의 결함 정보는 다음을 나타냅니다.
왼쪽 추진 회로 차단기의 과도한 전류로 인해 과전류 트립 보호가 발생합니다. 그리고 오른쪽 푸시 차단기가 과전류 현상 없이 정상적으로 개방되었습니다.
결함으로 손상된 구성 요소
주파수 변환기를 분해하면 손상된 구성 요소는 다음과 같습니다.
왼쪽 주파수 변환기:
C2 위상 IGBT가 손상되고 일부 DC 지원 커패시터 쉘이 손상되어 변형됩니다. 버퍼 커패시터 단자가 심하게 손상되고 버퍼 커패시터에 연결된 DC 버스 단자가 녹아 있습니다. C상 적층 버스바가 손상되었습니다. 다른 위상 구성 요소는 정상이며 제어 하드웨어 및 소프트웨어 상태는 정상입니다.
올바른 주파수 변환기
A2 단계 IGBT 드라이버 인터페이스 보드가 떨어집니다. B1 및 B2 공유 인버터 버스바와 A1 및 A2 공유 인버터 버스바가 손상되었습니다. 다른 위상 구성 요소는 정상이며 제어 하드웨어 및 소프트웨어 상태는 정상입니다.
왼쪽 주파수 변환기의 원인 분석
① 현장 분해 공개:
C2 위상 버퍼 커패시터의 CE 핀은 버닝 현상이 있으나 버퍼 커패시터의 내부 커패시턴스와 직렬 다이오드는 손상되지 않아 사고 순간에 버퍼 커패시터의 외부 핀을 통해 단락 전류가 흘러가는 것을 알 수 있으며, 버퍼 커패시터의 내부 커패시턴스를 통해 흐르지 않고. 이를 바탕으로 고장 순간에 버퍼 커패시터의 외부 핀 사이에 단락 현상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
C2 위상 인버터 구성 요소의 지원 커패시터가 손상되고 변형되어 짧은 시간 동안 고전류 방전이 발생했으며 짧은 시간 동안 과도한 열이 축적되어 지원 커패시터 쉘이 변형되었음을 나타냅니다.
C2상 IGBT 케이스가 약간 손상되어 IGBT 모듈 내부에서 단락 에너지가 대량으로 방출되지 않았음을 나타냅니다.
② 차단기의 고장정보로부터 다음과 같이 판단할 수 있다.
결함이 발생하는 동안 변압기의 입력 측에 과전류가 발생하여 회로 차단기가 트립되었습니다. 컨트롤러의 하드웨어 보호는 내부 DC 측에서 과전압이 발생했음을 나타냅니다.
C상 인버터 유닛의 적층 버스바와 C2상 IGBT 사이의 단자 연결이 심하게 침식되어 단락을 나타내며 고에너지 방전이 동반됩니다.
③ 장비 작동 중 내부 풍로의 동요 및 선박의 흔들림으로 인해 캐비닛에 존재하는 전도성 불순물이 고장 전 C2 상 버퍼 커패시터의 핀과 겹쳐서 단락이 발생했습니다. 버퍼 커패시터 핀;
단락 사고는 먼저 적층된 버스바에 인접한 IGBT 모듈의 외부 부분에서 발생합니다. 단락 후 수백 밀리초의 긴 단락 방전이 발생하여 버퍼 커패시터 핀 사이에 아크가 발생합니다. 높은 전류로 인해 들어오는 회로 차단기가 적극적으로 보호 및 트립되고 들어오는 쪽의 에너지 입력이 차단되어 버퍼 커패시터 핀 사이에 흐르는 에너지가 급격히 감소합니다.
보조 커패시터의 방전 에너지가 아크를 유지하기에 충분하지 않으면 전기 아크가 소멸됩니다. 아크 소멸 순간 버퍼 커패시터 핀 사이에 고전압이 발생해 C2상 IGBT의 과전압이 돌파되어 통과하게 된다. 지원 커패시터의 남은 방전 에너지는 IGBT 모듈을 통해 흘러 C2 위상 IGBT가 과열되어 파열됩니다.
시스템 배선이 진행된 후 주파수 변환기의 보호 조치를 따르지 않았으며 테스트 전에 해당 검사 및 청소 작업이 수행되지 않았습니다. 전도성 불순물이 주파수 변환기 내부로 들어가고, 전도성 불순물이 양극과 음극 DC 단자 사이에 겹쳐서 단락 아크를 형성하고 과전압을 발생시킵니다. 과전압은 양극 단자와 음극 단자 사이에 병렬로 연결된 IGBT를 파괴하여 IGBT가 직접 통과하여 IGBT 손상을 유발합니다.
(2) 올바른 주파수 변환기의 원인 분석
① 현장 분해 공개:
B1상 IGBT가 심하게 손상되었는데, 이는 고장 과정에서 IGBT 모듈에 큰 전류가 흘러 짧은 시간 내에 축적된 높은 에너지로 인해 IGBT가 폭발하여 손상되었음을 나타냅니다.
A-2상 IGBT 드라이버가 분리되어 B1상에 비해 손상이 심하지 않은 것으로 보아 고장 과정에서 A2상 IGBT를 통해 흐르는 에너지가 B1상 IGBT보다 적었음을 알 수 있다.
B2 위상 IGBT는 거의 손상되지 않았지만 IGBT의 내부 매개 변수는 비정상적이며 이는 오류 중에 B2 위상 IGBT를 통해 흐르는 큰 에너지가 없음을 나타냅니다.
결함 정보 분석에서:
컨트롤러의 하드웨어 보호는 내부 DC 측에서 과전압이 발생했음을 나타냅니다.
B1상 IGBT 내부에서 심한 소손이 발생하고, 이에 연결된 DC 버스 단자가 녹아버린 것으로 보아, 사고 순간에 IGBT 소진 부분이 있어 합선이 발생했음을 알 수 있다. 단락 전류는 짧은 시간 내에 IGBT 및 버스 연결 단자를 통해 흘러 많은 양의 열을 축적하고 B1 상 IGBT가 폭발하게 합니다.
B1 위상 IGBT 폭발로 인해 상부 A2 위상 IGBT 드라이버 인터페이스 보드가 떨어져 A2 위상 IGBT가 더욱 손상되었습니다.
B2상 IGBT와 B1상 IGBT가 동일한 적층 부스바를 통해 주회로에 연결되어 있어 B1상 IGBT가 폭발하여 B2상 IGBT가 손상되었습니다.
전기 추진 장비 작동 중 장비의 내부 바람 경로 및 선박 흔들림으로 인해 캐비닛 내 전도성 불순물이 B1 위상 IGBT DC의 양극 및 음극 단자에 겹쳐 회로 단락이 발생합니다. 단락 순간, B1상 IGBT DC 단자 사이에 고에너지 아크가 발생하여 전도성 불순물이 녹아 DC 단자의 전기적 간격이 증가하고 아크가 소멸됩니다.
소멸 순간 단락 지점 사이에 고전압이 발생하여 B1 상 IGBT가 돌파되어 통과하게 됩니다. AC 입력측의 입력 에너지와 보조 커패시터에 저장된 에너지가 모두 IGBT를 통해 방출되어 B1 상이 폭발하여 손상됩니다. 폭발의 충격파로 인해 바로 위에 있는 A2상 IGBT 드라이버 보드가 떨어져 나가 A2상 IGBT의 정상적인 전도 및 차단을 제어할 수 없게 됩니다. 게이트가 제어 불능 상태가 되어 정전기가 어느 정도 축적되어 IGBT가 전도하게 됩니다. DC 측에 남아 있는 에너지는 A2 위상 IGBT를 통해 흘러 손상될 수 있습니다.
B1상 IGBT의 DC 단자에서 발생하는 아크 전압은 적층된 부스바를 통해 B2상 IGBT의 DC 단자와 간섭을 일으켜 B2상 IGBT에 손상을 입힌다.
오류 처리 조치
오작동 원인 분석을 바탕으로 다음과 같은 해당 시정 조치가 취해집니다.
(1) 손상된 인버터 부품을 교체하십시오. 기타 구성 요소 및 주 회로 구성 요소, 특히 IGBT 표면 및 관련 배선을 철저히 청소하십시오. 확인을 위해 모든 커넥터와 배선 단자를 조이고 검사합니다. 복원된 주파수 변환기에 대해 정적 및 상태 점검을 수행하고 정적 전원 켜기 과정에 따라 확인하고 해당 기록을 유지합니다.
(2) "종합 전력 추진 시스템의 장비 보호를 위한 건설 기술"을 추가로 개정 및 개선하고 전기 추진 장비의 보호 및 청소를 잘 수행하며 적시에 감독하고 제조업체와 적극적으로 협력하여 배선에 대한 종합 검사를 수행합니다. 안전하고 원활한 테스트를 보장하기 위한 전기 추진 장비의 유지 관리 및 청소
(3) 수정이 완료된 후 단일 축 및 이중 축에 대해 다양한 작업 조건 테스트를 수행했으며 테스트 결과는 테스트 개요 및 테스트 북의 요구 사항을 충족했습니다.
5. 결론
주파수 변환기의 문제 해결 및 전원 복구는 본 문서의 분석 방법 및 처리 프로세스가 정확함을 나타냅니다.
전기 장비의 일상적인 유지 관리는 정상적인 작동을 보장하는 중요한 연결 고리이며, 부주의하면 장비 고장이 발생하여 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.