煉化企業(yè)變頻器躲避系統(tǒng)電壓波動方案比較

郝思佳　郭嘯文　劉毅

摘 要：目前大型煉化企業(yè)考慮到節(jié)能效益，在生產(chǎn)中大量使用變頻調(diào)速電機。雖然變頻器驅(qū)動電機能有效節(jié)省電機有功功率，但是在企業(yè)發(fā)生系統(tǒng)電壓波動時，變頻器在啟動自我保護停機功能后，需要電氣專業(yè)操作人員進行現(xiàn)場手動復位后才可再啟動，這期間一定的恢復時間將對企業(yè)連續(xù)性生產(chǎn)造成影響。文章通過對兩種變頻器躲避電壓波動方案進行分析比較，尋找適合企業(yè)現(xiàn)況的改造方案，填補變頻器躲避電壓波動能力的空白，保證裝置的安全平穩(wěn)連續(xù)生產(chǎn)。

關鍵詞：變頻器；躲避電壓波動；方案

中圖分類號：TN773 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）04-0088-03

Abstract： At present， large scale refining and chemical enterprises use frequency conversion speed regulating motor in large quantities in order to save energy. Although the inverter drive motor can effectively save the motor active power， but in the enterprise when the system voltage fluctuations， the frequency converter in the start of self-protection shutdown function needs electrical professional operators to manually reset before starting again， during which a certain recovery time will have an impact on the continuous production of enterprises. Through the analysis and comparison of the two kinds of inverter evading voltage fluctuation schemes， the article looks for the transformation scheme suitable for the current situation of the enterprise， fills up the blank of the frequency converter evading voltage fluctuation ability， and guarantees the safe， stable and continuous production of the device.

Keywords： inverter； evading voltage fluctuation； scheme

引言

對大型煉化企業(yè)來說，確保生產(chǎn)的連續(xù)性是重中之重，工業(yè)過程設備尤其是交流電動機對電壓波動特別敏感，因此保障可靠的設備電力電源供應是關鍵。目前華北石化公司共有200多臺變頻調(diào)速電機，分布于20多套生產(chǎn)裝置中，這些變頻電機的使用給我們帶來了許多益處，但同時也出現(xiàn)了一個弊病，即當電網(wǎng)發(fā)生電壓波動時，變頻器就會進入欠壓保護停機狀態(tài)，從而導致電機設備停止運行，需要電氣專業(yè)操作人員在變頻器面板上進行手動復位后設備才能再啟動，延長了故障恢復時間，使連續(xù)性生產(chǎn)中斷，導致生產(chǎn)波動，給連續(xù)性企業(yè)生產(chǎn)造成嚴重的經(jīng)濟損失。因此，進一步提高變頻器的躲避電壓波動能力成為了保障企業(yè)安全平穩(wěn)生產(chǎn)的關鍵點。

1 電壓波動的概念

電壓波動是由于刮風、下雨、雷電等自然氣象因素，以及短路故障或其他因素引發(fā)的瞬時性的電力系統(tǒng)波動，從而致使系統(tǒng)電壓產(chǎn)生一定范圍波動、瞬變。電壓波動的具體形式以及波動的持續(xù)時間也因故障原因、地點的不同而不同。

電壓暫降是電壓波動中最為常見的一種形式，即電壓有效值降至標稱值的10%至90%，且持續(xù)時間為10ms至1min的電能質(zhì)量事件。而引起電壓暫降的原因主要有輸配電系統(tǒng)中發(fā)生的短路故障、感應電機啟動、開關操作、變頻器及電容組的投切、雷擊等情況。其中短路故障可能會引起系統(tǒng)供電電壓較為嚴重的跌落，對在生產(chǎn)過程中電壓敏感的電氣設備將會產(chǎn)生影響。當電機全電壓啟動時，啟動電流值將達到其額定電流的4～7倍，當這一大電流流過系統(tǒng)阻抗時，將會引起系統(tǒng)電壓的突然下降。而雷擊時造成的絕緣子閃絡或?qū)Φ胤烹娨矊贡Ｗo裝置動作，導致供電系統(tǒng)的電壓暫降。

2 電壓波動對變頻器造成的影響

變頻器是一種把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓和頻率可調(diào)節(jié)的裝置。其基本結(jié)構及原理如圖1所示。

變頻器首先通過整流元件，將交流變?yōu)橹绷鳎偻ㄟ^逆變器，將直流變成可調(diào)節(jié)的交流電來實現(xiàn)電機的調(diào)速功能。

通常變頻器都具有過壓、失壓和瞬間停電的保護功能。變頻器在失壓或停電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個短時間t。若失壓或停電時間小于t，變頻器將平穩(wěn)過度運行；若失壓或停電時間大于t，變頻器保護動作，停止運行。因此，只要有電壓波動，都有可能使變頻器保護動作進入報警停機狀態(tài)，而且需要在變頻器面板手動復位后，變頻電機才能再次啟動恢復正常運行。

3 變頻電機遇電壓波動現(xiàn)狀統(tǒng)計

通過表1可以明顯看出，每當遇到較“厲害”的電壓波動時，企業(yè)各主要生產(chǎn)裝置都會有變頻調(diào)速電機停車的情況發(fā)生，這就對連續(xù)性生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響。所以進一步提高變頻器躲避系統(tǒng)電壓波動的能力，是安全穩(wěn)定生產(chǎn)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

4 變頻器躲避電壓波動方案

實際上，變頻器躲避電壓波動的技術已經(jīng)研究多年，也有成熟的產(chǎn)品問世。常見的方案大致分為兩類，一類是在系統(tǒng)電壓波動的時間內(nèi)給變頻器提供直流電源，使其仍能正常工作的直流支撐技術；另一類是在變頻器內(nèi)加裝抗晃電模塊，使變頻器在系統(tǒng)電壓恢復正常后能自動再啟動。endprint

4.1 直流支撐技術

直流支撐技術即DC-BANK系統(tǒng)，是一種基于變頻器的系統(tǒng)組織架構，主要由整流裝置、逆變裝置、蓄電池組、靜態(tài)開關和控制系統(tǒng)（PLC）五個部分組成。工作原理是通過在變頻器的逆變器輸入端加不間斷直流電源，來提高變頻器的低電壓跨越能力，保證其在系統(tǒng)電源瞬時低電壓時變頻器仍能正常工作。

系統(tǒng)在平時電網(wǎng)電壓正常情況下，如圖2所示，靜態(tài)開關處于關斷狀態(tài)，用于切斷電池組與變頻器構成的通路，自動通過整流設備對蓄電池進行浮充控制，以保證蓄電池時刻處于容量充足的狀態(tài)；當電網(wǎng)發(fā)生電壓波動時，系統(tǒng)在控制系統(tǒng)作用下，靜態(tài)開關將瞬間導通，轉(zhuǎn)由蓄電池給變頻器的直流母線端提供電源，使電壓保持不變，從而維持變頻器的不間斷運行，確保電動機輸入電壓無任何中斷和變化，徹底排除電壓波動的干擾。

由于直流支撐系統(tǒng)為變頻器直流母線提供電源，作為變頻器的在線電源備份，使變頻器同時有交、直流兩路冗余供電，可大大提升供電可靠性。

4.2 抗晃電技術

變頻器一般都基本具有瞬間停電再啟動功能，此功能對于低電壓故障可自動復位，但需外部運行信號在瞬時失壓時一直處于保持狀態(tài)，此功能才能被激活。所以，變頻器躲避電壓波動要得以實現(xiàn)，需要在電壓波動時確保變頻器一直保持運行信號。抗晃電模塊便是基于這種原理研發(fā)出來的產(chǎn)物。

在變頻調(diào)速電機啟動后，如圖3所示，抗晃電模塊并聯(lián)在控制回路里的一對接點閉合，并且將發(fā)送給DCS和變頻器的運行狀態(tài)信號保持住，這樣即使發(fā)生電壓波動時變頻器也不會保護動作。系統(tǒng)電壓回復正常后，電機自啟動，恢復正常工作。如果是電機正常停車，并聯(lián)在控制回路里的一對接點延時打開，不會對電機造成影響。

5 兩種躲避電壓波動方案對比分析

根據(jù)表3可以得出比較結(jié)論，直流支撐系統(tǒng)的安全性較高，但同時存在改造較復雜、價格較高情況，適合在企業(yè)大量變頻調(diào)速電機分布集中的區(qū)域使用。而抗晃電模塊只需并聯(lián)在控制回路中，對控制回路沒有直接影響，且價格相對較低、改造簡單，更適合在變頻調(diào)速電機分布比較零散的區(qū)域使用。考慮我公司現(xiàn)狀，變頻電機分布比較分散，而且從經(jīng)濟角度綜合考慮，比較適合采用對電機控制回路增加抗晃電模塊這一改造方案。

6 結(jié)束語

我公司的部分普通異步電機通過加裝抗晃電模塊已經(jīng)具備了躲避電壓波動能力，但變頻器在這方面一直是個空缺。目前儀電運行部正在組織開展此項技術攻關，如果能填補這個空缺，將會進一步提升電氣設備運行的穩(wěn)定性，為企業(yè)安全平穩(wěn)連續(xù)生產(chǎn)提供更強有力的電力保障。

參考文獻：

[1]李友文.工廠供電[M].化學工業(yè)出版社，2006，2.

[2]仲明振.低壓變頻器應用手冊[M].機械工業(yè)出版社，2009，5.endprint