基于電力瞬時(shí)失壓對(duì)低壓變頻器的影響及預(yù)防

浙江江山化工股份有限公司 徐征玉

1.引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化要求越來(lái)越高，變頻器由于具有高效的調(diào)速性能、較好的節(jié)能作用以及穩(wěn)定可靠等特征，已經(jīng)在各行各業(yè)中得到廣泛的運(yùn)用。變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是一種利用微電子技術(shù)和變頻技術(shù)，對(duì)電機(jī)工作的電源頻率進(jìn)行改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的電力進(jìn)行控制的設(shè)備，可以將變頻器簡(jiǎn)單理解為能夠產(chǎn)生可以變化的頻率及電壓的一種備置，變頻器又被稱為逆變器。變頻器主要由幾個(gè)部分組成，分別是整流、濾波、逆變、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元以及檢測(cè)單元等等。變頻器對(duì)計(jì)算機(jī)電源波可以起到控制的作用，避免出現(xiàn)突然斷電的問(wèn)題；在工業(yè)領(lǐng)域中，變頻器的級(jí)數(shù)值能夠?qū)﹄姍C(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)；在日常使用的家庭電器中，變頻器的使用也很廣泛，比如空調(diào)、冰箱等電器都是利用變頻器的工作原理進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的。另外，通過(guò)了解變頻器的功能，可以有效防止低電壓跳閘的現(xiàn)象發(fā)生，以提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。

2.瞬時(shí)失壓可能對(duì)低壓變頻器所造成的影響

在電力系統(tǒng)中，瞬時(shí)失壓是低壓變頻器運(yùn)行中最常見(jiàn)的問(wèn)題。在雷雨多發(fā)的季節(jié)，由于雷擊所引發(fā)的短路、電網(wǎng)跳閘、大型設(shè)備故障等現(xiàn)象，這期間所造成電壓的大幅度變化，都會(huì)影響到電力系統(tǒng)中低壓變頻器的正常運(yùn)行。當(dāng)雷電擊中變壓器，或者是高壓送電線路的避雷線時(shí)，雷電的電流經(jīng)過(guò)桿塔的塔體與接地設(shè)置，進(jìn)而使得變壓器電位瞬間升高。與此同時(shí)，會(huì)雷擊還會(huì)使得附近線路產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。一旦產(chǎn)生的電位差，超過(guò)了該區(qū)域的送電線路的負(fù)荷，使得線路的絕緣閃絡(luò)電壓不能承受產(chǎn)生的電位，從而使得低壓變壓器產(chǎn)生跳閘[1]。

變頻器在重新發(fā)動(dòng)時(shí)，速度升上去就立刻出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，這主要是由于過(guò)電流嚴(yán)重所導(dǎo)致的，其具體的原因有四點(diǎn)，分別是負(fù)載側(cè)出現(xiàn)短路現(xiàn)象；變頻器的逆變管發(fā)生損壞情況；電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較小，導(dǎo)致拖動(dòng)系統(tǒng)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，影響了機(jī)械設(shè)備的正常工作。

如果出現(xiàn)電壓跳閘，主要的原因是由于電源的電壓太高，機(jī)械設(shè)備設(shè)定的減速時(shí)間比較短，并且在減速時(shí)再生制動(dòng)的放電工作沒(méi)有到位，從而發(fā)生跳閘的現(xiàn)象。如果是由于欠電壓而導(dǎo)致的跳閘，原因可能有三點(diǎn)，分別是電源的電壓比較低、出現(xiàn)電源缺相故障以及發(fā)生整流橋故障。

在一般情況下，變頻器的電壓范圍在額定電壓以內(nèi)，最低的電壓值為額定電壓的60%左右。一旦運(yùn)行中的電壓值小于或者高于這個(gè)范圍，就會(huì)使得變頻器產(chǎn)生故障，使得系統(tǒng)的運(yùn)行受到嚴(yán)重的影響，進(jìn)而對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生嚴(yán)重的損失。

3.低壓變壓器的功能

3.1 動(dòng)能緩沖功能

在一定范圍內(nèi)，由于低壓變壓器的緩沖功能，瞬時(shí)電源故障對(duì)于被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載所產(chǎn)生電壓變化的影響就會(huì)大大地降低，這種動(dòng)能緩沖作用可以讓負(fù)載暫時(shí)地避開(kāi)電源故障。以下通過(guò)西門子變頻器為例來(lái)進(jìn)行分析。一旦發(fā)生電力瞬時(shí)失壓的情況，電力系統(tǒng)中的主線電壓VDC會(huì)開(kāi)始下降，當(dāng)該數(shù)值下降到一定程度時(shí)，變壓器的動(dòng)能緩沖功能就會(huì)開(kāi)始發(fā)揮效用。當(dāng)變壓器的緩沖功能被激活，就會(huì)接通線路的母線，通過(guò)電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)及其他負(fù)載的慣性作用，在短時(shí)間內(nèi)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能傳送給變壓器，以防止變壓器發(fā)生跳閘的現(xiàn)象。而當(dāng)電壓恢復(fù)之后，母線的電壓會(huì)開(kāi)始上升。當(dāng)母線電壓高于緩沖動(dòng)能閥的電壓，且電壓值達(dá)到了變頻器的4%左右，變頻器的動(dòng)能緩沖功能就會(huì)停止工作[2]。

3.2 變頻節(jié)能作用

利用變頻器對(duì)電機(jī)以及水泵等設(shè)備的負(fù)荷頻率進(jìn)行控制之后，能夠有效的降低能源的使用量，并且能夠輕易的收回投資成本，所以，近幾年來(lái)變頻器由于節(jié)能的作用得到廣泛的推廣和運(yùn)用。一般情況下，變頻器的節(jié)能效果都會(huì)體現(xiàn)在水泵以及風(fēng)機(jī)的運(yùn)用上面。為了能夠在最大程度上確保生產(chǎn)作業(yè)的安全性與可靠性，在設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備的同時(shí)，往往會(huì)將動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的富余量考慮在其中。如果在滿負(fù)載的情況下，設(shè)備的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生多余的有功功率的耗費(fèi)，進(jìn)而在一定程度上造成電能的浪費(fèi)。而變頻器的節(jié)能功能，恰巧可以在此種情況下起到節(jié)省電能消耗的作用。當(dāng)運(yùn)用變頻器調(diào)節(jié)功率大小時(shí)，一旦流量減小，就可以通過(guò)降低機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 功率因數(shù)補(bǔ)償作用

系統(tǒng)中的無(wú)功功率通常會(huì)導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生發(fā)熱的現(xiàn)象，使得電網(wǎng)的有功功率降低，進(jìn)而浪費(fèi)了大量的電能。但是由于變頻器的功率因數(shù)補(bǔ)償功能，可以在很大程度上減少無(wú)功功率的耗損，從而增加電網(wǎng)的有功功率，提高生產(chǎn)效率。

4.預(yù)防措施

4.1 對(duì)變頻器進(jìn)行日常維護(hù)，以延長(zhǎng)其使用壽命

變頻器由于長(zhǎng)時(shí)間的受到周圍環(huán)境的影響，它的工作性能將會(huì)出現(xiàn)一定的變化。變頻器在使用過(guò)程中安裝方式和使用方式科學(xué)合理，對(duì)其日常的維護(hù)保養(yǎng)工作到位時(shí)，就能延長(zhǎng)變頻器的使用壽命，并且能夠降低變頻器發(fā)生故障的概率，從而將企業(yè)生產(chǎn)損失降低最低。變頻器的維護(hù)工作主要有以下方面：

對(duì)變頻器的日常檢測(cè)項(xiàng)目主要有：(1)變頻器安裝場(chǎng)所的環(huán)境是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象；(2)變頻器的冷卻系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障；(3)變頻器、電機(jī)以及變壓器等電氣設(shè)備是否有異味、發(fā)熱現(xiàn)象；(4)變頻器或是電機(jī)是否存在不正常的聲音以及振動(dòng)的情況；(5)主回路以及控制回路的電壓是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象；(6)變頻器的濾波電容是否出現(xiàn)異常，是否出現(xiàn)安全閥膨脹的現(xiàn)象；(7)變頻器的各類顯示情況是否出現(xiàn)異常。

對(duì)變頻器進(jìn)行定期的檢測(cè)，主要的項(xiàng)目有：(1)對(duì)變頻器的空氣過(guò)濾器進(jìn)行仔細(xì)的清潔，并且查看冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行狀況；(2)對(duì)變頻器中的小零件進(jìn)行檢查，比如螺栓等，檢查其是否出現(xiàn)松動(dòng)；(3)對(duì)變頻器的絕緣電阻進(jìn)行檢查，查看是否是在正常范疇；(4)變頻器的導(dǎo)線等的破損或變色情況進(jìn)行檢查；(5)對(duì)端子的進(jìn)行檢查；(6)變頻器在單體運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，其輸出電壓是否處于平衡狀態(tài)；(7)對(duì)變頻器實(shí)行有序的全方位檢查，確保回路等都在正常的范疇內(nèi)。

4.2 優(yōu)化變頻器的參數(shù)

由于變頻器的動(dòng)能緩沖功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生電力瞬時(shí)失壓的情況，就能在很大程度上確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外，在運(yùn)用緩沖功能的時(shí)候，需要注意將變頻器的部分參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況為宜，就可以很好地解決瞬時(shí)失壓所導(dǎo)致的電網(wǎng)故障等問(wèn)題[3]。

4.3 啟用變頻器的軟啟動(dòng)功能

當(dāng)發(fā)生電力瞬時(shí)失壓的情況時(shí)，機(jī)械設(shè)備會(huì)出現(xiàn)硬啟動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)電網(wǎng)的沖擊造成很嚴(yán)重的沖擊。與此同時(shí)，對(duì)電網(wǎng)容量的要求相對(duì)來(lái)說(shuō)也會(huì)非常高。一旦在啟動(dòng)的時(shí)候，產(chǎn)生了巨大的電流，所引發(fā)的震動(dòng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的擋板及閥門都會(huì)造成很大的損害，會(huì)在一定程度上減少設(shè)備的使用壽命。如果充分運(yùn)用變頻器的軟啟動(dòng)功能，就能夠減輕超額電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及對(duì)電容的損毀，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用周期，進(jìn)而節(jié)省了設(shè)備的保養(yǎng)與維護(hù)的費(fèi)用。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)對(duì)自動(dòng)化的程度要求越來(lái)越高，因此，變頻器也得到了十分廣泛的推廣與運(yùn)用。變頻器要適應(yīng)企業(yè)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需求，必須高度重視和其他技術(shù)的聯(lián)系。除了要對(duì)變頻器的設(shè)計(jì)與安裝進(jìn)行嚴(yán)格地把關(guān)，以期為工業(yè)企業(yè)降低生產(chǎn)成本以及提高效率。還要充分認(rèn)識(shí)電力瞬時(shí)失壓對(duì)低壓變頻器的影響，并做出相應(yīng)的預(yù)防，重視對(duì)變頻器自身的質(zhì)量以及安全可靠性，從而保障企業(yè)生產(chǎn)的安全。

[1]陳凡民,傘國(guó)紅,劉成.瞬時(shí)失壓對(duì)低壓變頻器的影響及預(yù)防[J].油氣田地面工程,2009(10).

[2]張新聞.變頻器在空預(yù)器控制應(yīng)用中跳閘的原因及對(duì)策[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2009(02).

[3]張?jiān)驴?董杰.淺談變頻器產(chǎn)生的干擾及解決措施[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2009(02).