煉化企業(yè)變頻器躲避系統(tǒng)電壓波動(dòng)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(jī)。雖然變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)能有效節(jié)省電機(jī)有功功率，但是在企業(yè)發(fā)生系統(tǒng)電壓波動(dòng)時(shí)，變頻器在啟動(dòng)自我保護(hù)停機(jī)功能后，需要電氣專業(yè)操作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)復(fù)位后才可再啟動(dòng)，這期間一定的恢復(fù)時(shí)間將對(duì)企業(yè)連續(xù)性生產(chǎn)造成影響。文章通過對(duì)兩種變頻器躲避電壓波動(dòng)方案進(jìn)行分析比較，尋找適合企業(yè)現(xiàn)況的改造方案，填補(bǔ)變頻器躲避電壓波動(dòng)能力的空白，保證裝置的安全平穩(wěn)連續(xù)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：變頻器；躲避電壓波動(dòng)；方案

中圖分類號(hào)：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(duì)大型煉化企業(yè)來(lái)說(shuō)，確保生產(chǎn)的連續(xù)性是重中之重，工業(yè)過程設(shè)備尤其是交流電動(dòng)機(jī)對(duì)電壓波動(dòng)特別敏感，因此保障可靠的設(shè)備電力電源供應(yīng)是關(guān)鍵。目前華北石化公司共有200多臺(tái)變頻調(diào)速電機(jī)，分布于20多套生產(chǎn)裝置中，這些變頻電機(jī)的使用給我們帶來(lái)了許多益處，但同時(shí)也出現(xiàn)了一個(gè)弊病，即當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓波動(dòng)時(shí)，變頻器就會(huì)進(jìn)入欠壓保護(hù)停機(jī)狀態(tài)，從而導(dǎo)致電機(jī)設(shè)備停止運(yùn)行，需要電氣專業(yè)操作人員在變頻器面板上進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位后設(shè)備才能再啟動(dòng)，延長(zhǎng)了故障恢復(fù)時(shí)間，使連續(xù)性生產(chǎn)中斷，導(dǎo)致生產(chǎn)波動(dòng)，給連續(xù)性企業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，進(jìn)一步提高變頻器的躲避電壓波動(dòng)能力成為了保障企業(yè)安全平穩(wěn)生產(chǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)。

1 電壓波動(dòng)的概念

電壓波動(dòng)是由于刮風(fēng)、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(shí)性的電力系統(tǒng)波動(dòng)，從而致使系統(tǒng)電壓產(chǎn)生一定范圍波動(dòng)、瞬變。電壓波動(dòng)的具體形式以及波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間也因故障原因、地點(diǎn)的不同而不同。

電壓暫降是電壓波動(dòng)中最為常見的一種形式，即電壓有效值降至標(biāo)稱值的10%至90%，且持續(xù)時(shí)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(yīng)電機(jī)啟動(dòng)、開關(guān)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(huì)引起系統(tǒng)供電電壓較為嚴(yán)重的跌落，對(duì)在生產(chǎn)過程中電壓敏感的電氣設(shè)備將會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)電機(jī)全電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流值將達(dá)到其額定電流的4～7倍，當(dāng)這一大電流流過系統(tǒng)阻抗時(shí)，將會(huì)引起系統(tǒng)電壓的突然下降。而雷擊時(shí)造成的絕緣子閃絡(luò)或?qū)Φ胤烹娨矊?huì)使保護(hù)裝置動(dòng)作，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電壓暫降。

2 電壓波動(dòng)對(duì)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(gòu)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?，再通過逆變器，將直流變成可調(diào)節(jié)的交流電來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(hù)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(gè)短時(shí)間t。若失壓或停電時(shí)間小于t，變頻器將平穩(wěn)過度運(yùn)行；若失壓或停電時(shí)間大于t，變頻器保護(hù)動(dòng)作，停止運(yùn)行。因此，只要有電壓波動(dòng)，都有可能使變頻器保護(hù)動(dòng)作進(jìn)入報(bào)警停機(jī)狀態(tài)，而且需要在變頻器面板手動(dòng)復(fù)位后，變頻電機(jī)才能再次啟動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 變頻電機(jī)遇電壓波動(dòng)現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)

通過表1可以明顯看出，每當(dāng)遇到較“厲害”的電壓波動(dòng)時(shí)，企業(yè)各主要生產(chǎn)裝置都會(huì)有變頻調(diào)速電機(jī)停車的情況發(fā)生，這就對(duì)連續(xù)性生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響。所以進(jìn)一步提高變頻器躲避系統(tǒng)電壓波動(dòng)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(dòng)方案

實(shí)際上，變頻器躲避電壓波動(dòng)的技術(shù)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(dòng)的時(shí)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(shù)；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(fù)正常后能自動(dòng)再啟動(dòng)。endprint

4.1 直流支撐技術(shù)

直流支撐技術(shù)即DC-BANK系統(tǒng)，是一種基于變頻器的系統(tǒng)組織架構(gòu)，主要由整流裝置、逆變裝置、蓄電池組、靜態(tài)開關(guān)和控制系統(tǒng)（PLC）五個(gè)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(lái)提高變頻器的低電壓跨越能力，保證其在系統(tǒng)電源瞬時(shí)低電壓時(shí)變頻器仍能正常工作。

系統(tǒng)在平時(shí)電網(wǎng)電壓正常情況下，如圖2所示，靜態(tài)開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)，用于切斷電池組與變頻器構(gòu)成的通路，自動(dòng)通過整流設(shè)備對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充控制，以保證蓄電池時(shí)刻處于容量充足的狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)在控制系統(tǒng)作用下，靜態(tài)開關(guān)將瞬間導(dǎo)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(yùn)行，確保電動(dòng)機(jī)輸入電壓無(wú)任何中斷和變化，徹底排除電壓波動(dòng)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(shí)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(shù)

變頻器一般都基本具有瞬間停電再啟動(dòng)功能，此功能對(duì)于低電壓故障可自動(dòng)復(fù)位，但需外部運(yùn)行信號(hào)在瞬時(shí)失壓時(shí)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(dòng)要得以實(shí)現(xiàn)，需要在電壓波動(dòng)時(shí)確保變頻器一直保持運(yùn)行信號(hào)?？够坞娔K便是基于這種原理研發(fā)出來(lái)的產(chǎn)物。

在變頻調(diào)速電機(jī)啟動(dòng)后，如圖3所示，抗晃電模塊并聯(lián)在控制回路里的一對(duì)接點(diǎn)閉合，并且將發(fā)送給DCS和變頻器的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)保持住，這樣即使發(fā)生電壓波動(dòng)時(shí)變頻器也不會(huì)保護(hù)動(dòng)作。系統(tǒng)電壓回復(fù)正常后，電機(jī)自啟動(dòng)，恢復(fù)正常工作。如果是電機(jī)正常停車，并聯(lián)在控制回路里的一對(duì)接點(diǎn)延時(shí)打開，不會(huì)對(duì)電機(jī)造成影響。

5 兩種躲避電壓波動(dòng)方案對(duì)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(shí)存在改造較復(fù)雜、價(jià)格較高情況，適合在企業(yè)大量變頻調(diào)速電機(jī)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(duì)控制回路沒有直接影響，且價(jià)格相對(duì)較低、改造簡(jiǎn)單，更適合在變頻調(diào)速電機(jī)分布比較零散的區(qū)域使用?？紤]我公司現(xiàn)狀，變頻電機(jī)分布比較分散，而且從經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮，比較適合采用對(duì)電機(jī)控制回路增加抗晃電模塊這一改造方案。

6 結(jié)束語(yǔ)

我公司的部分普通異步電機(jī)通過加裝抗晃電模塊已經(jīng)具備了躲避電壓波動(dòng)能力，但變頻器在這方面一直是個(gè)空缺。目前儀電運(yùn)行部正在組織開展此項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，如果能填補(bǔ)這個(gè)空缺，將會(huì)進(jìn)一步提升電氣設(shè)備運(yùn)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(qiáng)有力的電力保障。

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