變頻器在電力系統(tǒng)工程應(yīng)用中的干擾問(wèn)題及解決探究

郝蘭英

（青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東青島266404）

變頻器是由各種電子元器件以及計(jì)算機(jī)芯片組成的一種被廣泛應(yīng)用于各電力系統(tǒng)中的設(shè)備，其調(diào)速技術(shù)集通信手段、電子手段以及自控技術(shù)等于一身，傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯，功率因數(shù)高，且調(diào)速范圍較廣，能夠在較差電磁環(huán)境中運(yùn)行。變頻器的使用壽命較長(zhǎng)，其主要采用軟啟動(dòng)，有效降低了設(shè)備機(jī)械沖擊，對(duì)電機(jī)設(shè)備以及自身應(yīng)用都有著重要作用。變頻器被廣泛應(yīng)用在各領(lǐng)域中，如工業(yè)工程以及電子工程等，其節(jié)能性和高效性有效提升經(jīng)濟(jì)效益。但變頻器易受到電氣干擾，產(chǎn)生高次諧波對(duì)其他設(shè)備也存在一定干擾。本文將對(duì)變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，詳細(xì)分析電力系統(tǒng)工程中變頻器干擾問(wèn)題，并著重探討有效抗電磁干擾對(duì)策，完善變頻器功能，促進(jìn)變頻器在電力系統(tǒng)工程中高效應(yīng)用。

1 變頻器

由于變頻器的構(gòu)成部件容易受到外界影響，在變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)會(huì)產(chǎn)生高次諧波，直接對(duì)其他設(shè)備造成一定干擾。這就要求電子設(shè)備在電磁環(huán)境中具備電磁兼容性，不產(chǎn)生不兼容干擾。電磁兼容性是指電子設(shè)備具有抵抗外界干擾功能，同時(shí)不能對(duì)同一電磁環(huán)境中的其他電子設(shè)備造成影響［1］。

變頻器在電力系統(tǒng)應(yīng)用中產(chǎn)生多種干擾，直接影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，同時(shí)對(duì)其他電氣設(shè)備也造成干擾。因此加強(qiáng)對(duì)變頻器干擾問(wèn)題分析，并探討出有效抗干擾措施十分必要。

2 電力系統(tǒng)工程中變頻器干擾問(wèn)題分析

在電力系統(tǒng)工程中，變頻器運(yùn)行會(huì)生大功率諧波，直接干擾其他設(shè)備。變頻器產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)周?chē)娮釉O(shè)備產(chǎn)生電磁輻射，能使電動(dòng)機(jī)發(fā)出電磁噪聲，增加電動(dòng)機(jī)損耗，進(jìn)而干擾電源。

2.1 電磁輻射干擾

若變頻器沒(méi)有安置在全封閉金屬外殼中，則會(huì)產(chǎn)生空間輻射電波，這種輻射場(chǎng)強(qiáng)主要受干擾源電流強(qiáng)度和裝置影響。當(dāng)變頻器金屬外殼出現(xiàn)縫隙時(shí)，其縫隙大小和電磁波波長(zhǎng)相似時(shí)將會(huì)造成四周輻射，若存在金屬物體還會(huì)造成二次輻射，影響變頻器工作［2］。

2.2 傳導(dǎo)干擾

電磁干擾可以通過(guò)接地耦合形式干擾電路，造成遠(yuǎn)程干擾。傳導(dǎo)干擾主要是通過(guò)低壓網(wǎng)絡(luò)造成的，并通過(guò)低壓網(wǎng)絡(luò)將干擾信號(hào)途徑變壓器送入中壓網(wǎng)絡(luò)，最后進(jìn)入民用低壓配電網(wǎng)，直接給配電母線電氣相關(guān)設(shè)備造成干擾影響。

2.3 感應(yīng)耦合

這種干擾形式是介于上述兩種之間的第三種形式，其干擾源頻率不高，干擾電磁波輻射能力較低，且不可與其他導(dǎo)體直接相連。其干擾能力所產(chǎn)生的感應(yīng)耦合，主要是由變頻器輸出線或輸入線造成的，由此與導(dǎo)線發(fā)生感應(yīng)耦合，造成導(dǎo)線受到干擾電流影響［3］。感應(yīng)耦合的另一種產(chǎn)生方式為導(dǎo)體間電容耦合，這種感應(yīng)耦合與干擾源頻率有著緊密關(guān)系。

3 抗電磁干擾對(duì)策

3.1 隔離措施

隔離措施主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁干擾的隔離，將其與易出現(xiàn)干擾位置隔離，避免在電路上再產(chǎn)生電聯(lián)系。在電力系統(tǒng)工程的變頻器傳動(dòng)系統(tǒng)安裝變壓器，隔離變壓器的位置為電源與放大器之間，例如，在該段線路中安裝噪聲隔離變壓器，目的在于杜絕傳導(dǎo)干擾［4］。

3.2 濾波措施

采用濾波措施進(jìn)行抗干擾設(shè)置主要是通過(guò)設(shè)置濾波器的方式來(lái)完成，以達(dá)到控制干擾信號(hào)傳導(dǎo)，阻止干擾信號(hào)由變頻器傳到電源。針對(duì)不同干擾因素可進(jìn)行不同濾波器的設(shè)置，例如，為減少電磁噪聲，可以將輸出濾波器安裝在變頻器輸出側(cè)，達(dá)到抗干擾目的；為降低電源干擾，可以將輸入濾波器安裝在變頻器輸入側(cè)達(dá)到抗干擾目的［5］；針對(duì)電路中的敏感電子設(shè)備要通過(guò)安裝電源噪聲濾波器，線路系統(tǒng)對(duì)抗干擾要求高，因此設(shè)置濾波器過(guò)程要十分謹(jǐn)慎。

3.3 屏蔽措施

針對(duì)變頻器干擾問(wèn)題采取屏蔽措施是最直接有效的方法。變頻器主要為鐵殼屏蔽，以此避免電磁干擾泄漏問(wèn)題。輸出線通?？梢赃x擇鋼管進(jìn)行屏蔽，尤其是由外部信號(hào)控制變頻器時(shí)更要對(duì)信號(hào)線做好控制，最大限度縮短其長(zhǎng)度，通常控制在20 m范圍內(nèi)［5］。信號(hào)線的選擇以雙芯屏蔽為主，首先做到和主電路分離，并保證和控制回路為分離形式，杜絕將信號(hào)線與主電路或控制回路設(shè)置在同一配管中，在同一線槽內(nèi)也不行。為達(dá)到更好屏蔽效果，對(duì)附近存在的電子敏感設(shè)備也要進(jìn)行屏蔽處理。

3.4 接地措施

接地措施是重要的抑制干擾的方式，能夠有效抑制噪聲。合理準(zhǔn)確的接地措施能夠有效控制處理內(nèi)部噪聲耦合，達(dá)到抵御外界干擾目的，并優(yōu)化自身抗干擾性能。接地措施的應(yīng)用既可以多點(diǎn)接地，也可以一點(diǎn)接地，或者通過(guò)經(jīng)母線接地方式完成變頻器抗干擾設(shè)置［6］。接地措施的選擇和應(yīng)用主要根據(jù)具體情況，避免出現(xiàn)接地不合適影響設(shè)備運(yùn)行，造成設(shè)備干擾。

為有效控制變頻器輸入側(cè)諧波電流，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)改變，可以在變頻器輸入側(cè)安裝交流電抗器。為了改善變頻器電流，降低其噪聲，可在變頻器輸出側(cè)設(shè)置交流電抗器。如果電力系統(tǒng)中包括控制單元，則要在控制軟件上進(jìn)行抗干擾［7］。圖1為變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的一般抗干擾措施，該抗干擾措施的應(yīng)用要結(jié)合電力系統(tǒng)具體要求和實(shí)際需要選擇。

圖1 變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的一般抗干擾措施

3.5 正確安裝

在安裝變頻器的過(guò)程中要嚴(yán)格進(jìn)行環(huán)境檢測(cè)及改善。通常情況下安裝變頻器的溫度要控制在-10℃到50℃之間。變頻器安裝環(huán)境的海拔高度要控制在1 000 m以下，一旦超過(guò)這個(gè)高度就要進(jìn)行降容使用。安裝變頻器切記該環(huán)境振動(dòng)，若存在較大的振動(dòng)沖擊，一定要采取防震措施，如安裝橡膠墊等。同時(shí)，安裝環(huán)境要遠(yuǎn)離電磁干擾源，遠(yuǎn)離空氣污染嚴(yán)重地區(qū)，如灰塵較大、腐蝕性氣體較多區(qū)域。杜絕潮濕環(huán)境安裝變頻器，且要求具備良好的通風(fēng)條件，若在潮濕管道中安裝變頻器，一定要采用密封柜形式，并保證控制柜的冷卻風(fēng)量充足。在安裝過(guò)程中，嚴(yán)格檢查控制柜設(shè)備，必須保證所有設(shè)備接地良好，并主要采用短、接地線與公共地線連接，若條件允許，最好選擇扁平導(dǎo)體或金屬網(wǎng)，當(dāng)高頻時(shí)該接地線的阻抗較低。以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為安裝規(guī)定，接地電阻須小于4Ω。

4 結(jié)束語(yǔ)

在今后變頻器應(yīng)用過(guò)程中，針對(duì)變頻器在運(yùn)行中出現(xiàn)的干擾問(wèn)題不斷引進(jìn)新技術(shù)，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善功能，增強(qiáng)抗干擾能力，更好地應(yīng)用于電力系統(tǒng)以及其他工業(yè)工程建設(shè)中。

［1］ 湯 涌，宋新立，劉文焯，周孝信.電力系統(tǒng)全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真中的長(zhǎng)過(guò)程動(dòng)態(tài)模型——電力系統(tǒng)全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真軟件開(kāi)發(fā)之三［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2010，11（24）：223-225.

［2］ 盧 強(qiáng)，王 偉.數(shù)字電力系統(tǒng)（DPS）——新世紀(jì)電力系統(tǒng)科技發(fā)展方向［J］.物理與工程，2011，06（15）：103-105.

［3］ 盧 強(qiáng)，梅生偉.現(xiàn)代電力系統(tǒng)控制評(píng)述——清華大學(xué)電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)科研工作縮影及展望［J］.系統(tǒng)科學(xué)與數(shù)學(xué)，2012，10（15）：336-339.

［4］ 唐任遠(yuǎn)，宋志環(huán)，于慎波，郝雪莉，王 巍.變頻器供電對(duì)永磁電機(jī)振動(dòng)噪聲源的影響研究［J］.電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2010，03（15）：511-513.

［5］ 姜艷姝，徐殿國(guó)，趙 洪，劉 宇.多電平SPWM變頻器中共模電壓抑制技術(shù)的研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，02（15）：108-110.

［6］ 華 明，胡海兵，邢 巖，何中一.一種變頻器并聯(lián)運(yùn)行的分布式控制方法［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，08（25）：315-317.

［7］ 祝龍記，張旭立.防爆變頻器在煤礦應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)［J］.工礦自動(dòng)化，2012，01（13）：427-429.