关于逆变器发生闪爆的原因分析及维护建议.pdf

第 2 6 卷第0 5期变频器世界2 0 2 3年0 5月关于逆变器发生闪爆的原因分析及维护建议The Analyses and Advises about Inverter Stenm Explosion中石油川庆钻探工程有限公司川西钻探公司黄晓斌（HuangXiaobin）黄冰（HuangBing）郭茂磊（GuoMaolei）李智（LiZhi)摘要：本文介绍了一起S120逆变器闪爆事故，即空气被击穿。事故与二电极铜板的间距、面积及空气温度、湿度等有关。需要采取一些措施来降低事故的发生率。关键词：逆变器；闪爆；设备维护Abstract:In the article,introduce an accident of S120 inverters stenm explosion.Its related to the two electrodesdistance,area and the temperature,humidity and so on.Take some measures to reduce the likelihood of accident.Keywords:Inverter;Stenmexplosion;Maintenanceof equipment【中图分类号】TM464【文献标识码】B【文章编号】156 1-0 330(2 0 2 3)0 5-0 95-0 31引言石油钻机普遍采用交-直-交变频调速技术，输入6 0 0 VAC，整流后输出8 2 0 VDC，经逆变装置输出不同频率和电压的交流电。S120逆变装置，它采用矢量控制技术，比较实际转速和转速给定值，计算给定转矩，与实际转矩比较，调整输出频率，获得给定转矩，实现调速。2故障2.1现象该逆变装置8 2 0 VDC经熔断器输入至2 块直流镀锌铜板，铜板之间是厚度为1mm的绝缘纸。井队使用3台泥浆泵泵以50 泵冲台循环泥浆时，其中2#泵报过电流故障，逆变器停机。检查发现，绝缘纸有破损，2 块铜板间有拉弧痕迹，如图1所示，直流输入的4个90 0 A熔断器烧毁，少量螺母受高温损毁，如图2 所示，部分绝缘纸碳化，如图3所示。四个熔断器电弧熔焊绝缘纸炭化绝缘纸破损螺母损毁图1逆变器直流铜板夹绝缘纸图2 逆变器烧坏外观图3烧碳化的绝缘纸WWW.CA168.COM95系统应用SYSTEMAPPLICATION2.2原因分析认为：从外观来看，绝缘纸板没有被击穿，但绝缘纸有多处破损，预判直流母板间空气在高电压下被击穿引起闪爆，短路电流烧毁熔断器，产生的高温导致绝缘纸部分碳化和损毁螺母。空气作为绝缘物质，空气间隙的击穿电压与电场分布、间隙距离、电压种类及空气状态等有关。由于气体放电理论还不完善，空气间隙的击穿电压无法精确计算，实际中通常是通过试验来确定或用经验公式近似地估算。空气击穿的主要因素是场强。场强的大小与距离有关（见附表）。3实验结果3.1近似均匀场击穿强度的实验结果(1)实验电路T1T2Rp1图4近似均匀场击穿强度电路图图4中，T1为调压器，T2为实验室10 0 kV工频交流变压器，Rp1和Rp2分别为变压器和间隙保护电阻，各自为8 0 kQ和90 k，V 1为10 0 kV高压静电电压表，S为球间隙（直径D=15cm)。(2)实验数据附表近似均匀场的击穿场强测量球径D=15cm球隙间距s(cm)击穿电压有效值(kV)120.751.531.252402.547.53563.565实验条件：T=11.5，P=0.0 97 7 M Pa。参数如附表所示。96THEWORLDOFINVERTERS从附表可看出，在T=11.5，P=0.0 9 7 7 M Pa 即0.96个大气压条件下，距离为1cm、2 c m、3c m 时，空气击穿电压约为2 0 kV、40 k V、56 k V，呈线性关系，可预估空气在该温度、气压、均匀电场下的击穿场强为20kV/cm，则1mm间距的击穿电压约为2 0 0 0 V。(3)场强的大小与面积有关，如图5所示。面积效应：除表面粗糙度外，电极表面还有其他零星的随机缺陷，这类缺陷出现的概率与电极表面积有关，电极表面积越大，击穿场强越低。E,(kV/cm)400322001Rp2010图中气压：10.2 MPs；2 0.4M Ps；30.6MPa。表面粗糙度：一R=0.5um；一R=20um。电极表面越光滑和气压越高，面积效应越显著。从图5可看出，电极面积越大，场强越小，并随气压下降而迅速降低。该逆变器直流母排面积约5000cm，如图6 所示，在0.10 13MPa即1个大气压下，预测其击穿场强 15kV/cm，则1mm间距的击穿电压小于150 0 V。镀锌铜板2121.2531.3531.2539.540.547.247.555.556.565.565100图5电极表面缺陷的影响图6 逆变器的直流母排镀锌铜板100001000-A(cm)第 2 6 卷第 0 5期变频器世界2 0 2 3年0 5月（4)场强的大小与空气成份、湿度、温度有关。一般认为，当气流中存在灰尘、大颗粒物质或空气湿度、温度过高时，会降低场强，极易导致电极之间出现拉弧。3.2结论及措施3.2.1结论（1)该逆变器使用超10 年，绝缘纸老化破裂；（2)事故发生在12 月初，空气湿度偏高，空调设置温度偏低，易出现凝露现象；（3)使用3台泥浆泵，负荷大，造成网电电压降低，其箱变房的调压装置会在2 0 秒后自动升压，导致直流母排电压升高，瞬时会至10 0 0 VDC；（4）电控房靠近重晶石粉罐，空气中粉尘增多，进风尤其出风滤网明显吸附大量粉尘，同时减缓散热速度，提高了逆变柜内温度，如图7、图8 所示。不好引起柜内温度高；(4)定期巡检重晶石粉罐，吹、卸灰时保证管路密封，放空管配防尘袋等措施。参考文献：1赫艳捧.高压电工程基础 M.华南理工大学，2 0 2 1年10 月。2廖文龙.空气击穿场强的计算与测量 J.西安交通大学高压教研室，2 0 12 年2 月，作者简介：黄晓斌，男，电工技师，生于197 5年，南充师范学院电子技术专业专科（函授），西南石油学院计算机科学与技术专业本科（函授），先后在巴基斯坦项目部与土库曼斯坦项目部任电气师现川西钻探公司“电气技能工作室”领衔人，长期从事人员培养与电气故障处理工作。进风图7 逆变器冷却风机进风口出风图8 逆变器冷却风机出风口多种因素导致了直流母板间的空气被击穿引起闪爆，导致正负极间产生电弧，短路过流烧熔断器，引起的高温损毁了螺栓，并造成绝缘纸部分碳化。3.3.2解决方案（1）及时更换年限较长逆变器的绝缘纸或在绝缘纸上及周边直流母板上加喷绝缘漆；（2）室内外温差过大时，减少门的开启频率，并用多台除湿器控制空气中的湿度，将空调温度设为252 8，减少凝露现象；（3）对逆变柜进、出风滤网经常清洗，防止因散热WWW.CA168.COM97