Giải pháp Kỹ thuật Chuyển đổi cho Sự cố Mô-đun Điện của Contactor chân không KC2

2yrs + staff 1000+m² US$300,000,000+ China

Bối cảnh dự án và tổng quan về vấn đề
Máy nén khí công suất cao được điều khiển bởi động cơ trung áp 10kV, và tủ khởi động ban đầu được thiết kế với phương pháp khởi động bằng biến áp tự động giảm áp. Quá trình khởi động bao gồm hai giai đoạn:

Giai đoạn Khởi động: Contactor chân không KC1 trước tiên đóng để ngắn mạch điểm sao của biến áp tự động, cho phép động cơ khởi động ở 7kV.
Giai đoạn Chạy: Sau khi quá trình khởi động hoàn tất, KC1 mở, và contactor chân không KC2 đóng để ngắn mạch biến áp và kết nối mạch chính 10kV, cho phép động cơ hoạt động ở điện áp đầy đủ.

Vấn đề Chính: Trong quá trình hoạt động thực tế, mô-đun nguồn điện đa điện áp chịu trách nhiệm cung cấp điện cho cuộn dây contactor KC2 thường xuyên gặp sự cố. Sự cố này khiến cuộn dây contactor mất điện, dẫn đến việc KC2 ngắt bất thường và thiết bị sản xuất ngừng hoạt động không theo kế hoạch,严重影响生产稳定性和效率。抱歉，我注意到最后一部分翻译中出现了中文。请允许我重新翻译并确保完全符合要求：

Vấn đề Chính: Trong quá trình hoạt động thực tế, mô-đun nguồn điện đa điện áp chịu trách nhiệm cung cấp điện cho cuộn dây contactor KC2 thường xuyên gặp sự cố. Sự cố này khiến cuộn dây contactor mất điện, dẫn đến việc KC2 ngắt bất thường và thiết bị sản xuất ngừng hoạt động không theo kế hoạch, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định và hiệu quả sản xuất.

Mô-đun nguồn điện đa điện áp ban đầu là thiết bị chỉnh lưu tăng cường với các đặc tính và yêu cầu chính sau:

Chuyển đổi Điện áp Đầu ra Động: Nó phải tạo ra điện áp DC 300V tức thì khi có nguồn AC để điều khiển việc đóng contactor. Sau khi đóng, nó phải chuyển chính xác sang điện áp DC 12V thấp trong khoảng 15ms để duy trì trạng thái đóng. Nếu thời gian chuyển đổi quá ngắn, contactor không thể đóng một cách đáng tin cậy; nếu quá dài, nó có thể làm cháy cầu chì.
Cơ chế Kích hoạt Chuyển đổi: Việc kích hoạt dựa trên việc phát hiện dòng điện đầu ra. Khi phát hiện dòng điện lớn (chỉ báo việc đóng contactor), nó chuyển sang 12V sau 15ms; nếu không phát hiện dòng điện, nó tiếp tục cung cấp 300V.

II. Phân tích Nguyên nhân Gốc của Sự cố
Nguyên nhân trực tiếp: Kiểm tra tại chỗ cho thấy cầu chì trong mô-đun bị cháy nhiều lần. Điểm hỏng chính là do lão hóa của mạch nội bộ, ngăn chặn việc chuyển đổi kịp thời điện áp đầu ra từ 300V sang 12V sau khi contactor đóng. Điều này dẫn đến việc cung cấp điện áp cao 300V liên tục, tạo ra dòng điện quá mức cuối cùng làm cháy cầu chì và làm mô-đun không hoạt động.

Nguyên nhân gốc rễ:

Môi trường Tản nhiệt kém: Contactor KC2 và mô-đun nguồn điện được lắp đặt bên trong tủ khởi động, nơi bị đóng kín với khả năng thông gió và tản nhiệt hạn chế.
Lỗi Thiết kế Bảo dưỡng: Để bảo vệ kỹ thuật, nhà sản xuất đã bọc toàn bộ mô-đun, làm cản trở thêm việc tản nhiệt. Mô-đun phải luôn được cấp điện trong quá trình hoạt động, và trong môi trường nhiệt độ cao, các thành phần điện tử lão hóa nhanh chóng, dẫn đến suy giảm hiệu suất và cuối cùng mất chức năng chuyển đổi bình thường.

III. Giải pháp và Triển khai
1. Phương pháp Chuyển đổi Chính
Bỏ thiết kế "hai chức năng" của mô-đun ban đầu (xử lý cả việc đóng điện áp cao và giữ điện áp thấp), vốn đắt đỏ và dễ xảy ra sự cố. Áp dụng giải pháp tách chức năng:

Tái sử dụng Thành phần Hiện có: Sử dụng khả năng cung cấp điện áp DC 300V tạm thời của mô-đun nguồn điện đa điện áp ban đầu, cụ thể là để điều khiển việc đóng contactor.
Thêm Thành phần Mới: Giới thiệu mô-đun nguồn điện điều chỉnh DC 12V độc lập, giá rẻ, chuyên dùng để duy trì trạng thái đóng của contactor sau khi kích hoạt.
Điều khiển then chốt: Ngay khi contactor đóng chắc chắn, mạch điều khiển tự động cắt nguồn cho mô-đun ban đầu, đảm bảo nó chỉ hoạt động trong thời gian ngắn. Điều này ngăn ngừa cháy do hoạt động kéo dài ở chế độ điện áp cao.

2. Thành phần và Chức năng Chính của Hệ thống đã Chuyển đổi

Mô-đun Nguồn Điện Đa Điện Áp Ban đầu: Được tái sử dụng để cung cấp điện áp 300V tạm thời.
Mô-đun Nguồn Điện DC 12V Mới: Chịu trách nhiệm cung cấp điện áp giữ 12V liên tục, được lắp đặt bên ngoài tủ khởi động ở khu vực thông gió tốt.
Điôt Cách ly (2 đơn vị): Cách ly nguồn điện 300V và 12V để ngăn chặn sự can thiệp lẫn nhau và dòng chảy ngược.
Rơ-le Điều khiển (KA1): Cung cấp tín hiệu điều khiển logic để đảm bảo quá trình hoạt động được thực hiện theo thứ tự.
Mạch chống Bounce: Là thiết kế dự phòng an toàn để ngăn chặn chu kỳ "đóng-mở" liên tục của contactor dưới điều kiện bất thường.

IV. Kết quả Chuyển đổi
Việc chuyển đổi kỹ thuật này đã mang lại lợi ích kinh tế và vận hành đáng kể:

Giảm Chi phí đáng kể: Việc bổ sung mô-đun nguồn điện 12V mới (có giá khoảng 100 RMB mỗi đơn vị) thay thế cho mô-đun nguồn điện đa điện áp ban đầu (có giá khoảng 5.000 RMB mỗi đơn vị), giảm đáng kể chi phí bảo dưỡng cho mỗi thiết bị và mang lại tỷ suất lợi nhuận đầu tư cao.
Môi trường Hoạt động được Tối ưu: Mô-đun 12V mới được lắp đặt bên ngoài tủ, cải thiện đáng kể khả năng tản nhiệt và cho phép giám sát và bảo dưỡng trạng thái trực tuyến thuận tiện.
Tăng Thời gian Sử dụng Thiết bị: Mô-đun ban đầu chỉ hoạt động trong thời gian ngắn, giảm đáng kể mài mòn. Mô-đun mới hoạt động trong môi trường lý tưởng, đảm bảo tuổi thọ lâu dài. Giải pháp tổng thể này rõ ràng kéo dài thời gian sử dụng của hệ thống nguồn điện KC2.
Độ Linh hoạt Cao: Giải pháp này có thể được triển khai như một biện pháp sửa chữa sau khi mô-đun ban đầu gặp sự cố hoặc như một nâng cấp kỹ thuật phòng ngừa trước khi gặp sự cố, cung cấp độ linh hoạt không phụ thuộc vào tình trạng của mô-đun ban đầu.
Đã chứng minh Độ ổn định Vận hành: Thực tế vận hành đã chứng tỏ độ tin cậy và hiệu quả của giải pháp. Lô thiết bị đầu tiên đã được chuyển đổi đã hoạt động ổn định hơn hai năm mà không có sự cố nào do nguồn điện KC2, hoàn toàn xác nhận sự vượt trội của giải pháp.