启航彩

1概述

在大岭矿井安装35/6kV变电所的过程中，由于1号镉镍直流屏无法正常调试，虽经多次检修但一直不能正常运行。通过对直流屏进行检查，发现是充电控制器(CCH）内部元件损坏而处于不正常的工作状态造成充电装置失控。经对CCH控制器内部接线进行详细检查，发现CCH控制器没有保护装置，使得充电控制器很容易受到过电压的影响造成控制器失控，导致充电电压过高或过低，电池不能正常充电。

2故障分析

2.1启航彩直流屏控制电路工作原理

直流屏控制实测电路简图如图1所示。

从图1中可以看出这是直流屏单相半控桥式整流电路，由于有不可控元件二极管存在，电感足够大时，流过元件的电流为矩形波，在控制角为α时触发晶闸管T1导通，电流通过T1和D9向负载提供电流，当V2下降到零并变负后，由于电感的作用，T1将继续导通。D8和D9两个二极管是共阴极接法，所以D8导通而D9关断，电感中电流将通过T1与D8续流，输出电压V3;为这2个管子的正向压降，接近于零。当T2在相应控制角α处触发导通后，T1关断，电源通过T2和D8又向负载提供电流。在电源电压负半周过零时，则D9导通而D8关断，电感通过T2和D9续流，V3也接近于零。

下次T1触发导通后重复上述过程。根据各元件的导通情况，可知输出电压波形及各元件电流波形如图2所示。

这种直流屏电路在实际运行中，当突然把控制角α增大到180°或者突然把触发电路切断时，会发生一个晶闸管直通，另2个二极管轮流导电的失控现象，例如切断触发电路时正值T1导通，当V2变负时，由于电感的作用，使电流通过T1和D8续流。当V2又为正时，由于T1管本身已经导通，所以电流又通过T1和D9给负载提供电流。这样正负半周时D9、D8轮流导通，T1不能及时关断，此时输出电压V3的波形相当于半波不可控整流时的波形。为了避免这种失控情况的产生，在负载侧并联一个续流二极管D10，使负载电流通过D10续流，而不再经过T1，使T1恢复阻断能力。

加了续流二极管后其输出电压波形V3与不加续流二极管时相同。原先流经桥臂上元件的续流电流变成通过二极管续流。各原件中流过的电流波形和变压器副边电流波形明显有一定的间隔。每个周期中流过晶闸管T1、T2、D8、D9的电流波形宽度都是π—α，其电流有效值为（Id为负载电流)

图1所示直流屏电路结构上虽然满足了使晶闸管KP一20的正常工作要求及充电回路的工作要求，而且采取了增加续流二极管的措施来避免单相桥式半控整流电路在电感性负载电路里某些条件下的失控现象，但还不能排除其它原因造成过电压或过电流。

晶闸管的结构相当于串级双晶体管模型P一N一P一N4层结构，因而具有3个PN结，分别引出阳极A，阴极K，门极G。在图3结构里无论在PNP和NPN晶体管的A一K端点施加正向电压还是反向电压，其中的P一N一P一N结构都处于高阻阻断状态，只通过很小正向漏电流或很小的反向漏电流，与一般二极管的反向特性相似。一旦门极电流Ic注入G点，就会由于形成强烈的正反馈导致PNP和NPN进入完全饱和状态，即晶闸管饱和导通。

因此，当K与A承受反向电压时，如果门极G未与其它回路相联为断开状态时，G与K就相当于一个承受反向电压的二极管，承受的电压与A和K相同。而A和K所承受电压为340v，所以G与K就要承受340V的电压。

为证实这点，取下1号镉镍电池直流屏CCH控制器，经送电测量发现晶闸管KP一20的G与K之间有340的交流电压，从而证实了变压器副边电压通过晶闸管的门极而加到CCH控制器的内部元件上，使得CCH控制器内部元件容易损坏，而且集成块的工作状态也容易受到干扰，造成CCH控制器的失控。

2.2过电压的产生

另一方面，直流屏变压器交流侧也会由于大容量负载如大变比变压器的合闸瞬间、其它负载切断电源时以及整流变压器电刀闸的开关断开，也会由于初次级绕组间的分布电容，变压器的激励电流的突变在次级产生瞬时过电压，其尖峰值可达工作电压峰值的6倍以上，如图4所示。

而晶闸管从导通到阻断，线路电感产生的感应电势非常大，其数值可达工作电压峰值的5～6倍。它与电源电压串联反向加在已恢复阻断的元件上极易导致晶闸管的反向击穿。还有一个不可忽视的原因是，本电路是用于蓄电池充电，因此不可避免直流电势对可控硅整流电路的影响。很明显，当V3大于电势E时，Ia才大于零即晶闸管导通，此时，V3=E＋IdRo。特别在反电势负载R。较小时还很容易造成过流。而且，负载串联的电感L不合适时，虽然能改善输出电流的平稳性，但也会使V3出现瞬时高压。

因此，直流屏需在变压器副边并联阻容串联电路以吸收瞬时高压。同时，还可以增加隔离保护电路。由于光电隔离最为可靠，可增加如图5所示的光电隔离回路2套。

只需取下图1所示的D1和D2两个二极管，然后接到MOC4021光电隔离器的二极管侧，另外2个端点按图5所示接到晶闸管的控制极G和阳极A上。Rc及Rx的参数设计如下:

此外，为了防止直流屏电路短路或过载，还要安装快速熔断器或使用普通的RL螺旋式熔断器，但需要注意的是熔断器的额定电流不大于晶闸管工作电流的2/3。

总结

直流屏增加光电隔离电路后，一方面可以控制晶闸管对充电控制器(CCH）内部元件的影响，使得当2个晶闸管中任一个损坏或者当续流二极管Dro损坏时，不会造成控制器(CCH)失控。另一方面，又可避免两晶闸管控制回路中任一回路故障时所造成的充电电压过高或过低的不可调控故障。而且可避免晶闸管及续流二极管故障时所造成的启航彩直流屏充电电压过高而报警及故障切断回路不起作用，从而提高了电池充电的可靠性。