水電解制氫故障原因分析及故障處理方法

1、水電解制氫整流裝置故障處理方法與原因分析豆銳（陜西天宏硅材料有限責(zé)任公司，陜西 咸陽，712038）摘要 我公司水電解制氫裝置在運行中出現(xiàn)的幾類故障，通過認(rèn)真檢查、分析，總結(jié)得出解決該類故障 的處理方法以及預(yù)防措施。關(guān)鍵詞 整流裝賈，電流波動，電流不平衡，反饋，預(yù)防措施0引言因為水電解制氫中正極產(chǎn)生氧氣，負(fù)極產(chǎn)生氫氣，而交流電正負(fù)極頻繁交替更換，所以 兩極生產(chǎn)出的氣體均為氧氣和氫氣的混合物，所以水電解制氫需要通入直流電。整流裝置是 將整流變壓器輸出的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的裝置。氫氣是多晶硅生產(chǎn)中的主要原料之一，氫氣的純度直接決定產(chǎn)品的質(zhì)量。由于水電解制 氫具有氣體純度高、雜質(zhì)少、無污染、產(chǎn)氣

2、量大等優(yōu)點，所以在多晶硅行業(yè)應(yīng)用極為廣泛。 本文針對我公司使用718所生產(chǎn)的六臺整流裝置（額定輸出電壓為180v,額定輸出電流為 6360a）在2009年運行至今所出現(xiàn)過的重大故障以及其形成原因進行分析并提出解決辦法和 預(yù)防措施。1整流裝置的工作原理我公司使用的整流裝置是釆用六相雙反星形可控整流工作原理，即兩組三相半波并聯(lián)連 接，兩組繞組相位差180。品閘管的導(dǎo)通需要具備兩個條件：（1）晶閘管兩端承受正向電壓；（2）觸發(fā)電路提供門極電壓。觸發(fā)電路門極電壓是由同步變壓器輸出的同步信號經(jīng)比較 器與輸入的直流控制電壓比較后，再經(jīng)脈寬形成電路整形后得到的脈沖電壓。通過門極電壓控制品閘管的導(dǎo)通角，可通過

3、ud=l. 17unxcosa得到用戶所需的直流電壓。 2故障現(xiàn)象、原因分析及其處理方法2.1電流波動2丄1故障現(xiàn)象2#整流裝置在正常運行中電流突然由設(shè)定值降至零，乂由零升至最大值7000a,再回到設(shè) 定值，如此反復(fù)數(shù)次，如圖2所示。2.1.2原因分析在整理裝置中造成電流波動的原因有很多，其中有整流裝置內(nèi)部元器件損壞，元器件內(nèi) 部以及控制線接觸不良，電流電壓反饋信號故障等等。rti電流曲線圖可以看出：電流由設(shè)定值降為零，是可控硅瞬間全部關(guān)斷，要么是可控硅 全部壞掉，這種可能性很小，要么就是觸發(fā)板沒有輸出脈沖。當(dāng)電流降為零時，通過電流反 饋回路plc監(jiān)測到電流與給定電流值相差很大，plc內(nèi)部自動

4、計算給定，如果控制仍然無效， plc給定最大值，對應(yīng)輸出也為最大值；當(dāng)控制突然有效時，電流上升至最高值，此時plc監(jiān) 測到電流值比設(shè)定值高，plc內(nèi)部自動計算給定，將電流值下降至給定值。2.1.3處理方法首先詢問變電所電網(wǎng)電壓是否有波動現(xiàn)象；其次將手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)由自動轉(zhuǎn)至手動，觀 察電流是否還波動，如果電流平穩(wěn)，則需要檢查手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的好壞以及如圖2.2所示的 電流給定和電流、電壓反饋環(huán)節(jié)。plc電流給定模塊手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)觸發(fā)板(a)電流給定回路(b)電流反饋冋路(c)電壓反饋回路2.2電流給定及電流、電壓反饋回路其中電流給定模塊輸入是dc4-20ma,對應(yīng)輸出是dc0-15v的信號；

5、分流器規(guī)格為 7.5ka/75mv,即dc 100a電流對應(yīng)dclmv；電流反饋模塊輸入是dc0-75mv,對應(yīng)輸出是 dc4-20ma；電壓反饋模塊輸入是dc0-250v,對應(yīng)輸出是dc420ma,因為整流柜兩端輸出 電壓為180v,所以引入r8分壓電阻，其屮r7=0.51kq, r8=8.7kq,反饋給觸發(fā)板的電壓是 dc0-10vo用萬用表逐一測量模塊輸入和輸出數(shù)值對應(yīng)的電流、電壓數(shù)值是否對應(yīng)上位機顯示 的數(shù)值來判斷模塊的好壞和反饋回路中接觸不良等故障。發(fā)現(xiàn)電流仍然有波動，繼續(xù)檢查整流柜內(nèi)部各元件的好壞，觀察觸發(fā)板上各類指示燈的 變化。發(fā)現(xiàn)在電流波動時，觸發(fā)板上的指示燈“run”也在閃爍

6、，由此判定電流波動是由于 觸發(fā)脈沖消失導(dǎo)致?！皉un”指示燈滅有兩種可能，一是觸發(fā)板壞，二是觸發(fā)啟動信號消失， 觸發(fā)啟動信號回路如圖2.3所示。l啟sbe、廠動km 信km8 1號n2.3觸發(fā)啟動信號先檢查觸發(fā)信號，當(dāng)觸發(fā)啟動按鈕sb按下時，接觸器km吸合，km7-8常開觸點閉合, 觸發(fā)板啟動，“run”指示燈亮，檢查發(fā)現(xiàn)接觸器觸點上有大量灰塵，在吸合時接觸不良。更 換接觸器后重新啟動，再沒有出現(xiàn)電流波動。2.2整流變壓器高壓側(cè)三相電流不平衡2.2.1故障現(xiàn)象正常運行中，高壓配電所運行人員檢查發(fā)現(xiàn)1#整流變壓器高壓側(cè)電流三相電流不平衡， 其中a相電流比c相電流高20a左右，并且制氫站運行人員發(fā)

7、現(xiàn)整流裝置聲音異常。 2.2.2原因分析引起整流變壓器高壓側(cè)三相電流不平衡的因素有：1 .電網(wǎng)三相電壓不平衡；2. 電流互感器有問題；3. 整流變壓器低壓側(cè)三相負(fù)載不平衡，其中引起三相負(fù)載不平衡的原因有某些晶閘管不導(dǎo) 通和觸發(fā)角不同步等原因。223處理方法對照后臺顯示和現(xiàn)場電壓，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)三相電壓平衡。因為在設(shè)備在帯電運行中，所以先 不檢查電流互感器問題。接下來首先用萬用表測量整流裝置輸入六相電壓均平衡，再用萬用 表mv檔帶電測量六個快熔上下兩端電壓進行比較，發(fā)現(xiàn)fu2快熔上下兩端沒有電壓，測量 fu2下端銅排導(dǎo)線對地有電壓，那么就能判定是vd2沒有導(dǎo)通。根據(jù)晶閘管導(dǎo)通條件可逐一 查找原因，用萬

8、用表測量觸發(fā)板脈沖輸出端即晶閘管控制極與陰極兩端電阻發(fā)現(xiàn)其它五個電 阻均在20q左右，而vd2控制極與陰極電阻為320q ,檢查發(fā)現(xiàn)觸發(fā)板至晶閘管的控制極接 線在焊接處斷開，處理后運行觀察則一切正常。2.3電流升不上去2.3.1故障現(xiàn)象由于用氣量增大，將1#整流裝置電流由3000a調(diào)至4500a時，發(fā)現(xiàn)電流調(diào)不上去。2.3.2原因分析電流調(diào)不上去一般有以下幾點原因：1. 電解槽中堿液濃度太高或太低；2. 電流給定回路和電流反饋回路屮元器件老化或者接觸不良等；3. 觸發(fā)板沒有輸出相應(yīng)改變的脈沖。2.3.3處理方法首先，排除堿液濃度不合理原因；其次，將手/自動轉(zhuǎn)換按鈕轉(zhuǎn)換至手動，用手動調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)

9、觀察電流的變化。如果電流可以跳上去，那么用萬用表逐步測量電流給定冋路和反饋冋 路各類信號，測量plc輸出至給定模塊的電流為15.5ma,而電流給定模塊輸出電壓為6.4v, 根據(jù)原理可知，電流給定模塊輸出電壓應(yīng)為9.6v；所以最后判定電流給定模塊老化不靈敏導(dǎo) 致電流升不上去，更換后正常。如果手動調(diào)節(jié)電流也調(diào)不上去，就要檢查觸發(fā)板元器件了，要求在精通觸發(fā)板工作原理 的情況下，有針對性地逐一檢查。值得注意的是整流變壓器低壓側(cè)輸出檔位一定選擇準(zhǔn)確。3預(yù)防措施整流裝置對壞境的要求較高，所以整流裝置應(yīng)安裝在不含過量的粉塵，沒有導(dǎo)電和導(dǎo)磁 性塵埃，不含酸、堿、腐蝕性、爆炸性及易電離的微粒和氣氛。整流室內(nèi)必須保持清潔，各 處的積塵不能達到引起放電和破壞絕緣的程度，定期清理整流裝置內(nèi)積塵。整流裝置應(yīng)遠離 輻射等干擾源，整流裝置中晶閘管冷卻水要符合如下要求：溫度+5+35°c, ph值69,電導(dǎo) 率 2500 q cm。運行人員以及電氣儀表維護人員要熟悉工藝流程和控制系統(tǒng)原理，加強設(shè)備點巡檢，發(fā) 現(xiàn)問題及時處理，以免造成事故的發(fā)生。4結(jié)束語為保證整流裝置穩(wěn)定可靠運行，就要加強員工