低压变频器抗晃电方案的应用与探讨

低压变频器抗晃电方案的应用与探讨

摘要：电力系统在运行过程中由于雷击、对地短路、故障重合闸、备自投动作、电网异常、大型设备启动等造成的电网电压瞬时跌落又恢复正常的现象，使电网

电压瞬间较大幅度波动或者是断电又恢复的现象称为“晃电”。但是，当电网发生“晃电”时，变频器易受电网电压波动的影响而跳闸停机。“晃电”虽然一般只有短

短的数秒钟，但是对于连续性生产要求高的石化装置而言，某一台或几台变频器

的停机都可能导致生产工艺流程中断，甚至整套装置非计划停工，给企业造成巨

大的经济损失，严重时还会发生火灾、爆炸、环境污染、人身安全等次生事故。

因此，提升低压变频器抗晃电能力对于连续性生产要求高的企业具有十分重要的

意义。

关键词：抗晃电；低压变频器

引言

为最大限度地避免化工生产装置因供电系统电压波动而造成的影响，有必要对关键电气

设备采取抗晃电措施。当务之急是设计实用可靠的供电系统以抗晃电，同时采取一些措施降

低晃电带来的危害。

1电网“晃电”时变频器停机的原因分析

1.1主回路接触器跳闸

变频器现有供电回路的接线方式之一，变频器主回路带电磁式交流接触器。其控制方式为：起动时现场起动按钮控制接触器吸合，当主回路接触器KM吸合后，控制回路时间继电

器KT接点延时闭合，变频器运转命令ON，变频器开始工作；停机时现场停止按钮控制接触

器释放，控制回路时间继电器接点瞬时断开，变频器停机。由于电磁式交流接触器的工作原

理特点，当电网出现“晃电”时，会造成电磁式交流接触器工作线圈短时断电或电压过低，导

致靠电流维持吸合的动、静铁心吸力小于释放弹簧的弹力，使接触器释放跳闸，导致变频器

因输入电源断电而停机。

1.2控制变频器运转命令的中间继电器或时间继电器跳闸

变频器供电回路的另一种接线方式，变频器主回路不带接触器。其控制方式为：主回路

空气断路器合闸后变频器主回路得电，通过现场按钮控制中间继电器KA的吸合与断开来控

制变频器的运转命令ON或OFF，从而使变频器运转或停机。当电源“晃电”时电压跌落至继电器保持电压以下，继电器KA线圈失电跳闸，变频器运转命令OFF，当电源恢复后，变频器因

运转命令OFF而无法再次起动。

1.3变频器低电压设定值过高

经过调查和实际使用经验，不同品牌的变频器低电压定值差别较大，最高的为90%直流

电压，最低的可达到60%直流电压以下。有些生产商片面强调对变频器的保护，低电压设定

值过高且无任何延时，电源系统一有风吹草动，变频器即因低电压而停机，将风险全部转嫁

给用户，威胁安全稳定生产。

1.4常规直流支撑方案的问题

虽然直流支撑较好地解决了低压变频器在交流电源晃电时欠压跳闸的问题，但是还有如

下问题：①由于直流支撑只在变频器直流母线低于备用储能电压时投入，因此变频器在过压

跳闸时，直流支撑不起作用，导致变频器在过压扰动时停机；②在交流电源发生晃电时，外

部控制电路如果采用了交流回路电源，由于晃电时可导致交流回路中的起动中间继电器释放，从而变频器的起停控制信号丢失，导致变频器停机，因此采用直流支撑方案时必须在交流控

制回路增加UPS或直流逆变电源增加了成本。

2变频器抗“晃电”措施

2.1快切装置的主要合闸方式

每种切换方式均含有快速、同相、残压三种合闸方式，切换启动瞬间执行何种合闸方式

取决于快切系统检测到的即时参数条件。切换启动初始期间，当主进线和备用进线间的相角差、频差在定值范围内则执行快速合闸，相角差一般设定在20°～30°，频差一般设定在1Hz

左右。如不具备快速合闸启动条件，则依次进行同相合闸、残压合闸条件判断。同相合闸条

件是事故母线电压相量围绕备用进线电压相量旋转，在最小差压时，即相角差为零时合闸。

残压合闸的启动条件与同相合闸方式相同，只是备用进线要等到母线残压跌落到40%Ue以下才合闸，以避免发生大量电机同时起动导致备用进线发生过流跳闸事件。

2.2对控制回路进行改造

将主回路接触器更换成永磁接触器只能保证“晃电”时主回路短时不掉电，但是控制运转

命令的继电器KT跳闸仍会导致变频器停机。部分品牌的变频器要求主回路先得电，变频器

自检通过后，再输入运转命令才能正常起动变频器，因此控制运转命令需使用得电延时闭合

的时间继电器，但是晃电时又需要它失电延时断开，从技术角度分析，靠一个时间继电器无

法实现这一要求。因此，通过使用两个时间继电器来实现。

2.3采用直流支撑方案

变频器直流支撑方案是利用蓄电池中贮存的直流电源，直接为变频器直流母排供电，从

而保证变频器的正常运行。在电网正常时，直流后备电源在充电模式，整充电单元对蓄电池

组充电，蓄电池组处于浮充状态。在电网失电时，直流后备电源切换至放电模式，经过直流

压差控制电子开关，控制蓄电池为变频器直流母排供电，保证变频器正常工作。但是该方案

需要采用蓄电池提供后备电能，一次性投资费用高，蓄电池占地面积大，受场地限制及现场

环境限制，且使用寿命受各种因素的影响较大，需定期更换的费用高，其推广应用受到一定

限制。

2.4低压电动机抗晃电

晃电会导致电机控制回路交流接触器释放，引起生产中断。一般，当电压低于线圈额定

电压的50%、时间超过一个周波时接触器释放;当电压低于80%甚至更多，持续5个周波时接

触器也释放。经过验证当电压低至70%额定电压以下时，接触器因电磁吸力小于释放弹簧的

反作用力而立即释放，断开电源。交流接触器是最易受晃电影响的电气设备，也是工厂采取

抗晃电措施的主要对象。

低压电动机抗晃电就是在晃电发生时保持接触器不释放或在电压恢复后重新吸合接触器。通常采用来电自启动模块和晃电保护模块实现。现场机组控制电源由UPS供电。由于大部分

机组现场控制柜电源取自变电所低压配电柜，当晃电发生时可能发生控制电源失电导致机组

停机。对于这类控制系统，应将控制电源和负荷电源分开，控制电源接入仪表电源，负荷电

源由低压柜供电。