變頻器過電壓故障分析及處理研究

姬文斌

（河南省平頂山技師學院，河南 平頂山 467000）

0 引 言

變頻器是電力系統中重要的電子設備，其運行狀態直接影響電力工業設備的正常使用，進而影響整個工業系統的穩定運行。盡管現有變頻器自帶過流、過壓及過載保護等功能，但受環境、使用年限、操作有誤及維護不及時等因素的影響，仍會發生故障或停運狀況。實際生產使用中，變頻器會發生過電壓、過電流、過載及過熱等故障。過壓問題易引起電動機磁路飽和，導致電動機溫度過高，降低電動機絕緣性能，從而縮短使用壽命。過壓會引起電容器超負荷破壞。

實踐調查發現，變頻器過電壓故障時有發生，故障程度也有所不同。變頻器過電壓故障會有損電動機絕緣性能、造成電動機磁路飽現象及影響電容器的使用壽命等，嚴重時甚至會引發人員傷亡事故。本文主要對變頻器電壓故障及處理措施展開研究，以保障變壓器的正常穩定運行。

1 變頻器過電壓故障危害及原因分析

變頻器的應用范圍較廣泛。變頻器的運行質量直接影響電力系統的運行水平。變頻器運行中最常見的故障是過電壓故障，主要是指中間直流回路過電壓。變頻器過電壓故障主要存在以下危害。第一，有損電動機絕緣性能。電動機在運行中具有一定絕緣性，以確保電動機的安全穩定運行。當變頻器發生過電壓故障時，輸出電壓的脈沖幅度過大，容易影響電機的絕緣壽命，進而影響電動機的使用壽命[1]。第二，造成電動機磁路飽和現象。電動機運行過程中，如果變頻器出現過電壓情況，很可能會造成電機的鐵芯磁通增加，進而出現勵磁電流過大，造成磁路飽和現象。此時電機的溫度會持續升高，危害較大，甚至影響電機的使用壽命。第三，影響電容器的使用壽命。變頻器過電壓情況易造成中間直流回路過電壓值超過限定值，進而損傷電容器的使用壽命，嚴重時甚至會直接出現電容器爆裂等危害。

引發變頻器過電壓的原因有以下兩種。（1）電源輸入側過電壓是導致變頻器過電壓的主要原因。分析大量電源測過電壓實際情況發現，雷擊電流是造成電源輸入側過電壓的主要因素。此外，補償電容在合閘或斷開的過程中也會產生一定過電壓，影響變頻器的正常使用[2]。（2）負載側過電壓。負載側過電壓是引起變頻器過電壓的常見原因。引起負載側過電壓的原因有多種。例如，變頻器負載突降會造成變頻器負載轉速明顯上升，進而造成電機進入再生發電狀態，引發過電壓故障。直流回路電容容量下降，主要是由變頻器運行周期較長所致。通常變頻器運行階段電容容量會逐漸下降，如果不能及時更換或進行處理，將會影響變頻器的正常運行，甚至會導致變頻器過電壓故障。

2 變頻器過電壓故障處理措施

變頻器過電壓危害極大，應結合變頻器具體運行環境，合理選擇變頻器過電壓故障處理措施，以保證變頻器的穩定運行。變頻器過電壓的處理措施根據變頻器過電壓產生原因的不同而不同。對于在停車過程中產生的過電壓現象，如果對停車時間或位置無特殊要求，那么可采用延長變頻器減速時間或自由停車的方法；自由停車是指變頻器將主開關器件斷開，讓電機自由滑行停止；如果對停車時間或停車位置有要求，則可采用直流制動功能，也就是將電機減速到一定頻率后，在電機定子繞組中通進直流電，形成一個靜止磁場。對于減速（從高速轉為低速，但不停車）時因負載的GD2（飛輪轉矩）過大而產生的過電壓，可采取適當延長變頻器減速時間的方法。對于因外力作用而使電機處于再生狀態的負載，因其正常運行于制動狀態，再生能量過高，無法由變頻器本身消耗掉，因此不可能采用直流制動或延長減速時間的方法。

2.1 多臺變頻器共用直流母線

為避免變頻器運行過程中出現過電壓問題，應采取有效的防護措施。多臺變頻器共用直流母線可有效規避變頻器過電壓問題[3]。多臺變頻器共用直流母線主要是將多臺變頻器共用一個網側變流器，通常一個電機需要連接一臺變頻器，如果將多臺變頻器共聯，那么在其中某一臺電機制動的情況下，可能會受其他電動機的拖動影響，而使制動狀態的電動機處于再生產能量狀態。共聯環境下，制動狀態的電機因被帶動所產生的能量會轉移到其他正在運行的電機，并被吸收，從而有效規避了變頻器的過電壓故障。雖然這種方式可有效防護變頻器過電壓故障，但還需確保直流母線運行的穩定性，以避免直流母線出現問題而影響其他電機和變頻器的穩定運行。

2.2 定期檢查并更換電容

電容容量減少是造成變頻器過電壓問題的主要原因，因此需相關部門及工作人員做好定期檢查工作。一旦發現電容容量很難繼續維持電機穩定運行，應及時更換電容，以避免長時間不更換電容而造成電容容量負載的問題[4]。此外，更換電容過程中，應選擇大容量電容，以增大變頻器容量，進而避免變頻器出現過電壓問題。對變頻器的定期檢查應做到預防為主，盡量避免在發生故障后再更換電容，以免造成更大損失。如果檢查階段發現變頻器電容將使用到臨界點，需及時進行更換。同時應密切關注變頻器運行是否存在其他異常，及時解決運行中的隱患，進而保證變頻器的安全穩定運行。

2.3 其他處理措施

應結合變頻器的實際運行情況實施以下處理措施。（1）可結合變頻器實際運行情況在電源輸入側適當增加吸收裝置，有效吸收過電壓，降低過電壓對變頻器運行的影響。此外，加裝吸收裝置，可有效降低電源輸入側的沖擊過電壓，防止補償電容合閘或斷開以及雷擊電流所形成的過電壓，降低過電壓對變頻器的影響[5]。例如，可在電源輸入側加裝串聯電抗器或并聯浪涌吸收裝置等，達到處理目的。（2）輸入側增加逆變電路。該處理方式可將電網運行中存在的多余能量反饋給電網，可有效避免變頻器過電壓現象的發生。此外，該技術的應用需要逆變設備，而逆變設備價格較為昂貴，且安裝過程中的技術要求較高。因此，具體使用時，應結合實際情況合理應用。通常這種高成本的防護措施主要應用于要求較高且較高級的場合。

3 結 論

變頻器運行過程中，受內部因素或外部因素的影響，經常出現直流過電壓故障，進而影響變頻器的正常運行。因此，需采取有效措施，以保證變頻器的安全穩定運行。本文主要分析了變頻器的過電壓故障，深入了解了變頻器過電壓故障的原因，并提出了變頻器過電壓故障的處理措施。