靜止變頻電源掉電問題的技術(shù)分析

作者 / 劉興、張學(xué)福、容慶紅，中國人民解放軍93469部隊(duì)

?

靜止變頻電源掉電問題的技術(shù)分析

作者 / 劉興、張學(xué)福、容慶紅，中國人民解放軍93469部隊(duì)

本文對(duì)靜止變頻電源在負(fù)載工作時(shí)出現(xiàn)的掉電現(xiàn)象進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，闡述了靜止變頻電源掉電現(xiàn)象的故障定位及解決方案。

靜止變頻；電源掉電；電源

使用示波器對(duì)加載負(fù)荷的電源配電車進(jìn)行檢測和調(diào)試過程中，示波器輸出的中頻信號(hào)會(huì)出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，技術(shù)人員將配電車掉電后對(duì)其進(jìn)行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)靜止變頻電源有任何異常，對(duì)其重新進(jìn)行供電，此時(shí)電源組出現(xiàn)了“缺相”故障報(bào)警，但是其他設(shè)備均運(yùn)行正常，更換了電控板后，電源組工作又恢復(fù)正常，未出現(xiàn)靜止變頻電源掉電現(xiàn)象。

1. 故障問題排查定位

針對(duì)這種現(xiàn)象，對(duì)靜止變頻電源進(jìn)行了全面的故障排查后卻沒有發(fā)現(xiàn)變頻電源內(nèi)部件有任何損壞，隨后對(duì)靜止變頻電源的工作日志進(jìn)行查閱。故障日志詳細(xì)記錄了該現(xiàn)象發(fā)生的過程，故障發(fā)生時(shí)，三相電流均由不同程度的升高，有一項(xiàng)電壓呈現(xiàn)上升另外兩項(xiàng)電壓呈現(xiàn)下降，電源組出現(xiàn)了輸出短路保護(hù)現(xiàn)象。鑒于以上現(xiàn)象，我們初步得出了靜止變頻電源掉電的原因在于電源過流而導(dǎo)致的短路保護(hù)。

靜止變頻電源電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 靜止變頻電源電路結(jié)構(gòu)圖

依據(jù)靜止變頻電源的結(jié)構(gòu)組成及工作原理可知造成出現(xiàn)短路保護(hù)現(xiàn)象的問題有如下四個(gè)：

■1.1 電源組內(nèi)部自身組件（輸出功率、電路板組件）損壞

當(dāng)靜止變頻電源組內(nèi)部組件出現(xiàn)損壞，但靜止變頻電源工作正常時(shí)會(huì)出現(xiàn)短路保護(hù)現(xiàn)象。短路現(xiàn)象發(fā)生后，僅僅重啟了靜止變頻電源，對(duì)靜止變頻電源內(nèi)部的組件不進(jìn)行任何更換，設(shè)備又一切正常，這樣可排除短路保護(hù)現(xiàn)象發(fā)生的原因是電源內(nèi)部電路板損壞造成的。

■1.2 電源內(nèi)部多余組件導(dǎo)致其出現(xiàn)短路保護(hù)

對(duì)靜止變頻電源內(nèi)部的所有組件進(jìn)行了拆檢，未發(fā)現(xiàn)有損壞或者松動(dòng)現(xiàn)象，由此可以排除靜止變頻電源出現(xiàn)短路保護(hù)的原因是電源內(nèi)部多余組件造成的。

■1.3 電源虛警導(dǎo)致短路保護(hù)

a.試驗(yàn)設(shè)計(jì)：對(duì)靜止變頻電源的輸出電壓、電流每個(gè)輸出周期信息采集32個(gè)，電源的輸出頻率為400Hz，周期2.5ms，采樣時(shí)間間隔為78μs，采集后的信息經(jīng)過計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存計(jì)算，由于發(fā)生短路保護(hù)作用是瞬時(shí)發(fā)生的，其動(dòng)作時(shí)間極其短暫，靜止變頻電源僅僅能記錄電源發(fā)生短路保護(hù)動(dòng)作之前的前一個(gè)周期電源、電壓輸出的值，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)記錄短路保護(hù)發(fā)生之時(shí)的電壓、電流值。

b.試驗(yàn)驗(yàn)證：從試驗(yàn)中可以看出，是因?yàn)镃相電流單方面一直增大直至觸發(fā)了電源短路保護(hù)，我們采用了平衡負(fù)載人為短路、模擬虛警短路保護(hù)以及非平衡負(fù)載人為短路的方法來驗(yàn)證短路保護(hù)以及其記錄的數(shù)據(jù)是真實(shí)客觀的，通過實(shí)驗(yàn)我們可以排除造成靜止變頻電源出現(xiàn)掉電現(xiàn)象的原因是電源出現(xiàn)虛警保護(hù)造成的。

■1.4 外部大電流正常保護(hù)

由于靜止變頻電源的輸出回路負(fù)載端是采用的△接線法，當(dāng)三相電流中的任何一相瞬間電流出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，其它兩相電流也隨之發(fā)生波動(dòng)。三相電流其中的一相發(fā)生電流增大現(xiàn)象時(shí)，其輸出功率也增大，功率偏離值大于10kW時(shí)，輸出電壓隨之降低，其它兩相電壓上的負(fù)載偏離值越大。

通過以上分析可以得出結(jié)論：靜止變頻電源發(fā)生短路保護(hù)是外部大電流造成的正常保護(hù)。

2. 故障發(fā)生的技術(shù)分析

■2.1 靜止變頻電源保護(hù)原理

當(dāng)有電流通過電流輸出回路中的電流互感器時(shí)會(huì)輸出電壓信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)過處理后傳送到電壓監(jiān)測器上，電壓監(jiān)測器會(huì)對(duì)收到的實(shí)時(shí)電壓信號(hào)進(jìn)行分析比較，當(dāng)接收到的電壓信號(hào)其電壓值在正常范圍內(nèi)時(shí)，電壓監(jiān)測器不會(huì)有任何動(dòng)作；當(dāng)接收到的電源信號(hào)其電壓值高于正常值時(shí)，電源監(jiān)測器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并發(fā)出短路保護(hù)動(dòng)作，對(duì)硬件進(jìn)行斷電保護(hù)。

■2.2 靜止變頻電源輸出回路電流分析

靜止變頻電源中的變壓器阻抗小，其發(fā)生短路時(shí)會(huì)瞬間產(chǎn)生很大的電流，短路電流值會(huì)超過其額定電流值的6-8倍，從電源短路保護(hù)電流圖看，靜止變頻電源其輸出電壓、電流值在第N個(gè)周期內(nèi)峰值和周期穩(wěn)定正常，在第N+1個(gè)周期內(nèi)，輸出電壓、電流開始增大，但還沒有超出電流短路保護(hù)所需觸發(fā)的保護(hù)值，在第N+2個(gè)周期內(nèi)，輸出電流、電壓持續(xù)增大，直至超出了電流短路保護(hù)的保護(hù)值，電源做出了短路保護(hù)掉電動(dòng)作。

圖2 靜止變頻電源短路保護(hù)電流圖

■2.3 靜止變頻電源輸出回路短路機(jī)理分析

靜止變頻電源在正常工作時(shí)電源和電流輸出的關(guān)系式：

Ia=Iab+Iac

Ib=Iab+Ibc

Ic=Ibc+Iac

UN = UA + UB + UC

當(dāng)BC相短路，則BC相阻抗降低，通過電流升高，A相電流因BC相的短路從B相從新回到C相，A相回路電流隨之升高；BC相的短路導(dǎo)致BC相阻抗減小，A相不變；如此以來，BC相輸出的電壓下降，A相卻升高，導(dǎo)致電源內(nèi)部點(diǎn)位偏移，造成電源內(nèi)部的短路。

通過以上分析，分析結(jié)果完全與發(fā)生短路保護(hù)時(shí)所記錄的電流趨勢圖符合。

3. 總結(jié)

通過對(duì)造成靜止變頻電源發(fā)生掉電現(xiàn)象多種可能原因進(jìn)行了分析、試驗(yàn)、檢測，排出了是其自身原因所致，靜止變頻電源掉電現(xiàn)象是因?yàn)橥獠看箅娏鞯韧獠恳蛩貙?dǎo)致電源出現(xiàn)了瞬時(shí)大電流而超過電源所設(shè)置的短路保護(hù)電流觸發(fā)值所致。

＊ ［1］ 張文鋒，邱瑞昌，趙曉紅.基于DSP的中頻逆變電源設(shè)計(jì)［J］.電力電子技術(shù)，2010，44（4）：56－58.

＊ ［2］王艷紅，蔣學(xué)華，戴純春.電路分析［M］.北京： 北京大學(xué)出版社，2008.