檢測礦用設備耐壓性中變頻器的研究和應用

蘇暢　史健婷

摘 要：本文分析了變頻器的類型及基本結構，指出了傳統(tǒng)變壓器在檢測周期、體積以及匝數(shù)等方面的缺陷，利用數(shù)學模型對其進行調壓分析指征，在變壓調節(jié)過程中引入變頻參數(shù)理論，且利用諧振電路原理在絕緣耐壓性檢測方面采用變頻器變壓器設備，獲得了預期效果

關鍵詞：礦用設備;耐壓性;中變頻器

前言

礦壓設備大多處于井下工作，相較地面，井下空間較小，且粉塵與濕度濃度較大，作業(yè)期間極易發(fā)生瓦斯爆炸與塌方問題。大多設備依靠電能驅動，在絕緣性能方面電氣設備可以保證礦山生產的安全性，但自身絕緣性極易受到外界環(huán)境變化的影響?；瘜W環(huán)境與電壓的變化均可以大地之劣化絕緣性問題，甚至還會引起爆炸與火災事故，為煤礦企業(yè)帶來了諸多不利影響。對此，煤礦企業(yè)應利用數(shù)學模型分析設備絕緣性能，利用變頻參數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)變匝參數(shù)，在合理設計諧振電路的基礎上，設計變頻變壓器，提高運行效率，減少設備的體積與重量，滿足耐壓絕緣檢測的目的。

1.變頻器類型及結構

1.1種類

一是根據(jù)用途分類，根據(jù)輸配電能情況可以分為降壓與升壓變壓器;根據(jù)其他用途可以分為電壓互感器、自耦變壓器以及電流互感器等類型。二是根據(jù)交流電相數(shù)分類，分為三相變壓器與單相變壓器。且根據(jù)繞組個數(shù)可以分為雙繞組變壓器與三繞組變壓器，其中雙繞組變壓器只可以將電源電壓轉變?yōu)橐环N電壓等級，三相變壓器與單相變壓器均采用此種繞組方法。而三繞組變壓器可以將電源電壓轉變?yōu)閮煞N電壓等級，聯(lián)接三個不同電壓的電網(wǎng)。除此之外，根據(jù)不同用途設計的變壓器容量與電壓等級具備較大差別，包括小型變壓器、中型變壓器、大型變壓器以及特大型變壓器等[1]。

1.2結構

一是鐵心，這也核算與變壓器磁路，分為心柱和鐵軛兩部分。二是繞組，連接交流電源的為一次繞組，被稱為原邊。連接負載繞組為二次繞組，被稱為幅邊，變壓器油箱之中浸放繞組與鐵心。三是變壓器油，可以保證散熱與絕緣效果。四是油箱，可以承受變壓器、鐵芯的重量，承擔對箱壁的壓力。變壓器容量較大時，油箱外還應設置風扇等散熱組件。五是絕緣套管，固定油箱絕緣與引出線，根據(jù)電壓等級設置絕緣套管尺寸，且電壓等級與絕緣套管尺寸之間呈正比關系。

2.絕緣耐壓性能檢測分析

2.1動力分析

煤礦生產過程中，選礦、研磨、磁選以及輸送等設備均屬于供電設備的運行基礎，同步與異步電動機屬于其他設備的驅動裝置。由此看出，礦山生產的能源基礎便是電能，在粉塵與劇烈震動環(huán)境下，同步與異步電動機絕緣性能極易遭到破壞，且受礦山生產環(huán)境的影響，研磨、輸送、破碎以及浮選設備均應具備良好的絕緣性能，避免因絕緣不良導致設備外殼帶電問題，充分保證生產操作人員的人身安全。井下生產環(huán)境比較惡劣，變頻器設備發(fā)生的兩相或三相短路問題會導致嚴重的爆炸與火災事故，為了提升設備絕緣性，工作人員應及時正確做好檢測工作[2]。

2.2傳統(tǒng)分析方法

一是分析結構，調節(jié)電壓數(shù)值并改變變壓器匝數(shù)，利用交流調壓器調整輸入電壓的大小，設計完善的性能測試圖，其中升壓變壓器主要調整輸入電壓，但受測量因素的影響應采用直流帶壓。因此在升壓后應利用整流器將交流電轉變?yōu)橹绷麟姟Ｔ谶\行期間，變頻器中的絕緣電阻可以杜絕設備老化后測量期間的擊穿短路問題，準確測量設備絕緣等級。二是引入數(shù)學模型分析方法，引入變壓原理，當原邊加電壓為220V時，當需要提高10kV時，則需要同比例增大原幅邊。當原邊匝數(shù)為20時，幅邊需要匝數(shù)為909，會增大實驗裝置重量級體積，提高運行成本，且調壓器主要通過改變匝數(shù)方法實現(xiàn)，因此調壓器變化也會增加設備的重量及體積。礦山地區(qū)多偏遠，環(huán)境惡劣，交通運輸條件較差，引發(fā)了很多不必要的設備檢測問題，且受體積及原材料消耗因素的影響，檢測周期較長且成本較高，增大了設備事故的發(fā)生幾率，因此必須改進檢測設備。

3.檢測設備優(yōu)化設計

3.1變頻變壓數(shù)學模型分析

根據(jù)數(shù)學模型尅計算頻率參數(shù)，礦山設備一般采用220V與380V電源電壓，絕緣檢測需要達到10kV-50kV的輸出電壓，此時應根據(jù)變頻器對工頻電壓進行交流-直流-交流的變化情況，大幅度提高輸出電壓數(shù)值。

3.2諧振變壓數(shù)學模型

在交流電路中，電感與電容的性質相反，調節(jié)期間若電壓與電流出現(xiàn)相同情況則會出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。此時若發(fā)生串聯(lián)，則需要利用數(shù)學模型分析電壓諧振或串聯(lián)諧振。調整頻率期間，當變頻器調整滿足標準時，感抗電壓與容抗電壓均可以被放大若干倍。感抗大于電路電阻，感抗與容抗輸出電壓較大，當倍數(shù)為250時，電壓為220V時，電壓被放大至550kV，從而可以滿足礦山設備的檢測電壓數(shù)值。

3.3變頻串聯(lián)諧振方式

變頻器在耐壓測試期間，待測試品加壓顯示為容性，可以作為諧振電路中的容抗數(shù)值，為了促使電路發(fā)生諧振，應利用變頻器改變輸入電源頻率，省去原有交流調壓器與交流升壓變壓器，減小礦山設備耐壓檢測重量及體積，降低制造成本。在生產便攜式高電壓變頻諧振耐壓試驗裝置時，應嚴格遵照國家標準高電壓實驗技術關于電壓波形的相關規(guī)定，試驗電壓頻率一般為46-64Hz，采用交流電壓。當進行部分特殊試驗時，頻率可能需要遠低于或高于此電壓范圍，在一定范圍內的試品，為了保證變頻諧振試驗頻率控制在既定范圍內，應采用增加諧振電容器或電抗器方式實現(xiàn)，滿足工頻試驗參數(shù)要求，且變頻串聯(lián)設備所需的電源容量與重量體積應原低于普通變壓器。比如當系統(tǒng)電壓為220kV，電流為200Kv時，設備重量僅為傳統(tǒng)試驗變壓方式的1/10，利用變頻串聯(lián)諧振方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)模式，在滿足各類型電纜交流試驗要求的基礎上，減輕現(xiàn)場工作量[3]。

結束語

礦山變頻絕緣測試設備在濾波性能方面具備較大優(yōu)勢，可以產生可靠穩(wěn)定的直流帶壓，并具備較高的容量裕度，具備較強的穩(wěn)定與保護性能，且輸出波形較好，可以被應用至各種礦井工作環(huán)境中。同時，設備質量較輕，體積小，攜帶靈活，并使用220V與380V電壓，可以及時檢測礦山設備的絕緣性，保證運行安全。

參考文獻

[1]房亮 周游.檢測礦山設備耐壓性中變頻器的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2014，0（10）.

[2]王大勇.變頻器的選用及故障干擾處理探討[J].化工管理，2017，0（33）.

[3]杭丹，廖大慶，劉嫚，等.變頻器在煤礦的應用[J].電氣工程，2013，1（01）：37-39.

作者簡介：

蘇暢（1977.3），女，碩士，副教授，現(xiàn)工作于黑龍江工業(yè)學院，研究方向：計算機控制

史健婷（1981.10），女，碩士，副教授，現(xiàn)工作于黑龍江科技大學，研究方向：計算機控制