基于变频器防晃电技术的分析与应对策略研究

基于变频器防晃电技术的分析与应对策略研究

发表时间：2019-10-24T11:40:39.853Z 来源：《电力设备》2019年第12期作者：吴小虎1 尹财贵2

[导读] 摘要：本文对晃电对变频器产生的危害进行分析，阐述变频器防晃电技术的原理，以直流支撑系统为例，对该系统的理论基础、技术应用、系统调试进行分析，使晃电现象得到有效应对和解决，使电动机能够持续不断的生产工作，从而减少电网因晃电对企业造成的经济损失。

（1.兰州石化公司动力厂甘肃省兰州市 730060；2.兰州石化公司设备维修公司甘肃省兰州市 730060）

摘要：本文对晃电对变频器产生的危害进行分析，阐述变频器防晃电技术的原理，以直流支撑系统为例，对该系统的理论基础、技术应用、系统调试进行分析，使晃电现象得到有效应对和解决，使电动机能够持续不断的生产工作，从而减少电网因晃电对企业造成的经济损失。

关键词：变频器；防晃电技术；应对措施

引言

在电子电力技术飞速发展之下，变频器在调速和节能方面的优势更加突显，获得现代化企业的广泛应用，如三菱、西门子、艾默生等等，主要应用于化工、石油、冶金等领域。在实际应用中，由于受到雷击、短路、发电厂故障等因素影响，电网瞬时电压波动增加，出现晃电现象，应采取有效措施加以解决。

一、晃电对变频器的危害

“晃电”现象的成因主要电网受到雷击、短路、发电厂故障等内外因素影响，导致电网瞬时电压大幅度波动，甚至出现短时断电等情况。在变频器应用中，部分企业电网电压稳定性不强，从而引发新问题，如变频器低压跳闸等。通常情况下，低电压的时间相对较短，对控制系统的影响较小，但变频器可能受低电压影响而停止运行，进而影响正常的生产，特别是一些关键电机设备，造成的影响更加严重。当电网出现晃电现象时，由于电机属于意外停机，为企业带来很大的经济损失。由此可见，对变频器晃电原因进行分析，并采取措施应对解决，可使化工生产的稳定得到切实保障，减少不必要的损失。

变频器主要包括两个部分，一是整流器，二是逆变器。变频器低电压主要是指逆变器的输入电压值过低，通常变频器具有过压、失压与瞬间停电功能，当逆变器为GTR时，一旦出现停电或者失压情况，控制电路不再向驱动电路传送信号，使GTR与驱动电路双双暂停，电机也开启自由制动模式；当逆变器为IGBT时，一旦出现停电或者失压情况，允许设备继续工作一个短时间td，如若停电时间小于td，可使变频器平稳下来，继续运行；如若停电时间超过td，则变频器自动暂停运行。通常情况下，td的数值在15—25ms之间，高端品牌的变频器配置较高，可达到80ms。只要电源“晃电”现象较为明显，即便时间较短，td一般也会超过100ms，to一般达到几秒以上，变频器很容易开启自我保护模式，电机也因此停止运行[1]。

二、变频器防晃电技术原理

变频器在特定的电压区间内运行，当出现“晃电”现象时，设备中的直流母线电压短时急速降低，如若晃电时长超过设定时间，则变压器中的欠电压保护功能暂停。如若变频器具有自启动功能，当电压恢复正常后，便可自动重启；如若不具备该项功能，则导致设备停止运行，生产无法继续。为了减少企业因设备停止运行带来的经济损失，需要积极引入防晃电技术，以DZQ-B型继电器为例，对防晃电技术的原理进行分析。

本防晃电继电器为一体化设计，包括诸多控制单元与后备单元，采用独特的模拟算式与逻辑判据相互闭锁，保障设备能够在晃电故障中不影响电机的正常运行，避免因故障停机为企业带来损失。与传统设备相比，该设备中的模糊控制技术可有效缩短晃电的响应时间，达到0s以上无死区，对低于200ms的晃电可实现来电自动重合。在工作原理方面，如下图1所示。

图1 变频器防晃电技术原理图

图中，1和2端子代表的是电源接线，电压为交流220V；3和4端子代表的是设备运行信号反馈输入；6和8端子代表的是主输出接点，主要作用为来电自启，当变频器恢复运行后，主输出接点才可被激励，当变频器处于晃电状态时发出重合指令，待到来电重合后方可自动复位；5和7端子代表的信号接点，可对变频器运行信号闭锁，待到设备运行后延时闭合，使设备因电压瞬时降低跳停后延时释放[2]。

三、变频器防晃电技术的应用措施

针对变频器中存在的晃电现象，可采用直流支撑系统来解决，使变频器中间直流回路得以改造，引出P（+）与n（-）连接到系统输出直流电源上，当电压波动即“晃电”现象发生时，利用蓄电池bat为变频器提供稳定电源，使输出值不发生改变，实现防晃电的目标。

3.1理论基础

当电网供电处于正常状态时，切断电池组与变频器之间相连的静态开关，使直流系统经过整流设备对蓄电池组进行充电；当交流电源与低压保护数值相比较低时，利用监控系统启动静态开关，使变频器的供电方式发生转变，从交流供电转变为电池组供电。

3.2技术应用

当母线电压处于正常状态时，变频器与电源相连后，内部CPU运行，接收DCS或者PLC输送的启动指令，电机模拟量以4—20mA电流开启变频器，驱动其运转；当系统正常运行后，将接点闭合，由系统直接向直流接触器发送指令，使其合闸，如若回路空气开关闭合，说明回路处于热备份状态；当变频器电源处于失电状态时，PLC接收母线电压低于AC350V信号，当发出静态开关合闸命令时，开关检测到直流母线的电压不超过DC460V，此时快速导通，变频器中的电源供电形式发生转变，从交流供电转变为蓄电池供电，确保变频器持续运行；在电源供电恢复后，直流电压立即上升，使母线电压恢复至正常状态，PLC电压信号得以恢复，静态开关闭锁指令撤出；当直流母线的压力超过系统母线电压时，此时PLC撤出后静态开关应及时关闭，在此过程中电机始终处于运行状态。母线电压可在85%额定电压范围内持续波

动，当母线电压低于AC350V时，也就是超过85%额定电压时，直流系统将自动投入，供电方式又将发生转变，由蓄电池供电转变为直流供电；当母线恢复正常后，PLC延时2s后才可撤出静态闭锁信号[3]。

3.3系统调试

调试前准备：液氧泵一台，功率为295kW，电流为550A；变频器类型为ABB型；厂用电AC的电压为380V，电流为630A；被保护变频器运行信号与故障信号引出与系统相连；变频器电源状态由ABB变频器中的开关熔断器上端显示，并绘制二次接线图；采用S7-224XPCNPLC西门子，对电压互感器传送的信号进行接收，对固态转换开关状态进行控制，使变频器能够在电压波动状态下，仍然持续为电池组供电，确保其稳定运行。

正式调试：在电机标准负荷状态下开展2次断电试验，间隔时长为24h，支持时间均为10s。在变频器正常运行状态下，将三相交流输入电源断开，系统采用直流供电，确保电动机持续运行。其中，变频器频率始终不变，当三相交流电引入后，变频器与电机在交流供电下正常运行，由充电器为蓄电池补充电量，完成一次电源失电切换过程，触摸屏对停电和恢复供电的时间进行记录。

四、结论

在变频器运行过程中，受多种因素影响可能导致电压暂降或者瞬间停电等现象，进而出现晃电。对此，企业应加强重视，对晃电产生的原因进行剖析，通过大量实践表明，直流支撑系统的应用能够有效缓解电压暂降问题，使动态电能质量得以提升，确保产品良率，达到用户满意的状态，使电动机能够持续不断的生产工作，从而减少电网因晃电对企业造成的经济损失。

参考文献：

[1]冯叶亮, 杨帅. 基于变频器防晃电技术的分析与应对策略[J]. 设备管理与维修, 2017(8):139-140.

[2]焦海平. 变频器防晃电技术探讨[J]. 电工技术, 2017(2):44.

[3]刘玉杰, 周博, 张玉星. 变频器防晃电改造方案探讨[J]. 科技信息, 2018(17):116-117.