淺談AVC在變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的應(yīng)用

梁力

（茂名天源石化有限公司，廣東 茂名 525000）

電網(wǎng)因雷擊、臺(tái)風(fēng)、短路、誤操作、發(fā)電廠故障及其他外部、內(nèi)部原因造成電網(wǎng)短時(shí)間供電系統(tǒng)電壓突然下降或上升，且超出正常的電壓偏差允許值，然后又返回到正常的電壓水平，茂名電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)最多的是電壓的突然下降，俗稱“晃電”或“電壓暫降”。而電網(wǎng)“晃電”造成的機(jī)泵停車，會(huì)導(dǎo)致連續(xù)生產(chǎn)流程發(fā)生紊亂、產(chǎn)品不合格、非計(jì)劃停工等損失，石化行業(yè)由于工藝要求復(fù)雜，安全生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求高，晃電造成停車后，需要幾天甚至十幾天才能恢復(fù)正常生產(chǎn)，停工帶來(lái)的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失較大，并且可能帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

1 “晃電”擾動(dòng)來(lái)源分析

近年來(lái)，中國(guó)電力發(fā)展步伐不斷加快，電網(wǎng)系統(tǒng)輸電電壓等級(jí)不斷提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，形成大型甚至超大型的輸配電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。此種架構(gòu)型式有利于保證長(zhǎng)期供電的穩(wěn)定性，但由于輸電距離長(zhǎng)、范圍廣、耦合性強(qiáng)等因素致使構(gòu)架中任意一點(diǎn)出現(xiàn)故障都會(huì)造成全網(wǎng)擾動(dòng)，這是導(dǎo)致電壓暫態(tài)擾動(dòng)故障發(fā)生頻次不斷提高的原因之一。

電力系統(tǒng)的電壓暫態(tài)擾動(dòng)（俗稱晃電），主要體現(xiàn)為3種形式：電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷。通常會(huì)持續(xù)0.5個(gè)周波至幾秒之間。統(tǒng)計(jì)表明，在所有電壓暫態(tài)擾動(dòng)事件中，發(fā)生電壓暫降的幾率最大，約占70%；短時(shí)中斷的幾率約占25%，電壓暫升的幾率約占5%。電壓暫態(tài)擾動(dòng)的發(fā)生，來(lái)源于幾個(gè)可能：相鄰的大負(fù)載啟動(dòng)，系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)投切，系統(tǒng)重合閘，自然界風(fēng)暴雷電惡劣天氣等等。由于工業(yè)電網(wǎng)處于配電網(wǎng)絡(luò)的末端，大量各種類型的負(fù)荷匯聚于此，任何一點(diǎn)發(fā)生短路、單相接地、閃絡(luò)等故障，或者經(jīng)受大型負(fù)載啟動(dòng)沖擊，都會(huì)導(dǎo)致廠內(nèi)的供電電壓發(fā)生暫態(tài)擾動(dòng)。由此可以理解，電壓暫態(tài)擾動(dòng)不可避免，而且一直是石油化工行業(yè)的難題。

2 電網(wǎng)“晃電”對(duì)變頻電機(jī)的影響及原因分析

電壓波動(dòng)在電力系統(tǒng)中是客觀存在，不可避免，特別是夏季臺(tái)風(fēng)雷雨多發(fā)季節(jié)，如2010年臺(tái)風(fēng)正面襲擊茂名地區(qū)，就給乙烯裝置的正常生產(chǎn)帶來(lái)極大的沖擊，據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)“晃電”次數(shù)達(dá)10次以上，2#聚丙烯整套裝置全停，當(dāng)時(shí)由變頻器驅(qū)動(dòng)的切粒機(jī)也不能幸免地晃停，之后由于電網(wǎng)晃電該電機(jī)又出現(xiàn)3次跳停，切粒機(jī)屬于2#聚丙烯后段工藝的重要設(shè)備，切粒機(jī)作用是將原料切成微小的顆粒，在送料和高速切割過程中不允許停機(jī)，根據(jù)工藝車間反映，此工藝段因電壓暫降造成的單次意外停產(chǎn)損失如下：（1）原料報(bào)廢損失為十幾萬(wàn)。（2）刀具設(shè)備損失約8萬(wàn)。（3）重啟生產(chǎn)線需要幾個(gè)小時(shí)，停產(chǎn)間接損失無(wú)法估計(jì)。

該電機(jī)的額定功率、轉(zhuǎn)速、電流、電壓分別為216kW、600r/min、415A、380V，使用1臺(tái)ABB-ACS800變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。不過變頻器的抗晃電能力差，主要由其運(yùn)作原理或者控制原理所確定，變頻器主要會(huì)進(jìn)行接通、觸發(fā)以及斷開這3項(xiàng)過程，若是系統(tǒng)由于晃電而促使電壓過低，變頻器晶閘管將會(huì)由于同步脈沖丟失或者正向電壓太低而斷開，進(jìn)而促使變頻器出現(xiàn)電壓過低跳閘現(xiàn)象。所以，切粒機(jī)在出現(xiàn)晃電情況之時(shí)，怎樣確保其供電的穩(wěn)定性，是促使裝置能夠持續(xù)生產(chǎn)這一目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的重要問題。

3 改造的可行性分析

3.1 切粒機(jī)原來(lái)的抗晃電措施

變頻器有整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分，簡(jiǎn)單說(shuō)由主回路和控制電路構(gòu)成，但是切粒機(jī)ABB-ACS800變頻器的控制電路的核心為1塊24V控制板，其電力能源是由源自變頻器之內(nèi)直流回路的開關(guān)電源供應(yīng)，若是電源電壓發(fā)生變動(dòng)，就有可能會(huì)導(dǎo)致24V控制板電壓過低，從這一問題出發(fā)，2011年左右把變頻器的24V控制版電源更改成由UPS給予供電，不過這一做法只能夠使控制電路中存在的抗晃電問題得到處理。并且，變頻器的低電壓現(xiàn)象通常表示主回路之中的直流回路低電壓，也就是逆變器中流入的電壓太低，對(duì)此問題一般通過將低電壓跳閘閥值適當(dāng)調(diào)節(jié)降低的方式進(jìn)行處理，通過查閱ABB-ACS800變頻器的參數(shù)，得知該變頻器的中間直流電壓為540V，其內(nèi)部保護(hù)參數(shù)的“低電壓跳閘定值”已設(shè)為“306V”，是540V的56%，經(jīng)查看ABB變頻器說(shuō)明書并咨詢廠家，此參數(shù)不可變動(dòng)。此外，ACS-800這一型號(hào)的變頻器逆變器件是IGBT，當(dāng)處于失壓或停電之后，能夠讓變頻器再接著工作一小段時(shí)間td，如果失壓或停電的時(shí)間to＜td，變頻器就能夠持續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)；如果to＞td，變頻器將會(huì)出于自我保護(hù)，出現(xiàn)停止運(yùn)行的情況。通常td大多為15～25ms，這個(gè)時(shí)間很短，相當(dāng)于瞬時(shí)就跳閘，而本廠最近幾年出現(xiàn)的電網(wǎng)電源“晃電”時(shí)間通常處于100～500ms的范圍之內(nèi)，并且出現(xiàn)晃電時(shí)電壓降低的程度可能更大，在此狀況下，變頻器即便改變了有關(guān)參數(shù)，同樣也會(huì)由于低電壓保護(hù)而跳閘，這同時(shí)也是切粒機(jī)由于晃電而受到影響的主要原因。所以，怎樣保障切粒機(jī)變頻器電源的穩(wěn)定供應(yīng)是處理晃電問題的切入點(diǎn)。

3.2 新的抗晃電設(shè)備的可行性分析

經(jīng)過一系列的學(xué)習(xí)交流，對(duì)ABB公司最近幾年所推出的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器PCS100 AVC專門面向“電壓暫降”問題，可以保障敏感負(fù)載不會(huì)受到電壓干擾的影響，是一項(xiàng)能夠促使設(shè)備的抗晃電能力得到增強(qiáng)的新式產(chǎn)品。其運(yùn)作原理為：AVC串聯(lián)在供電電源與受保護(hù)的負(fù)載之間，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)輸入電源一側(cè)的電壓狀態(tài)，只要發(fā)現(xiàn)供電電壓與額定電壓存在偏差，AVC就能通過IGBT逆變器和注入變壓器立即輸入相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓，對(duì)欠壓低于標(biāo)稱電源電壓90%的三相電源連續(xù)調(diào)節(jié)，對(duì)過壓不超過標(biāo)稱電源電壓110%的三相電源連續(xù)調(diào)節(jié)，AVC不需要具備電池、電容等能量存儲(chǔ)元件，這是由于其從電網(wǎng)之中所吸取的額外能量用于提供電壓調(diào)整。AVC的響應(yīng)能力較快、安全性強(qiáng)、運(yùn)作耗資少、電壓暫時(shí)降低補(bǔ)償時(shí)間長(zhǎng)，按照系統(tǒng)電網(wǎng)與負(fù)載的變化狀況，最終選擇30%調(diào)整式的PCS100 AVC。

4 改造的具體操作

由于AVC的額度不高，輸出電流為577A，切粒機(jī)的額定電流為451A，而日常處于正常運(yùn)作狀態(tài)時(shí)，其電流大約為200A，并且還留有很多的容量，由于處于統(tǒng)一重要地位的負(fù)荷——2#聚丙烯擠壓系統(tǒng)主要設(shè)備的加料盤，它供電給擠壓線的粉料添加劑單元，有20臺(tái)小功率的電機(jī)，在其中的7臺(tái)電機(jī)所用的驅(qū)動(dòng)設(shè)備為小型變頻器，13臺(tái)使用接觸器對(duì)其加以控制，會(huì)由于系統(tǒng)電波變動(dòng)情況而產(chǎn)生較大分壓，在每次晃電問題發(fā)生時(shí)，都會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)停止工作而導(dǎo)致2#聚丙烯擠壓線停車的問題，在充分計(jì)算和分析之后，我們決定將2#聚丙烯擠壓配電間的切粒機(jī)變頻器和加料盤的電源采用由AVC來(lái)進(jìn)行供電的方式，雖然AVC技術(shù)成熟，性能可靠，但也會(huì)發(fā)生故障，研究決定在裝設(shè)AVC配出柜之外，還應(yīng)當(dāng)在AVC控制柜的附近增添一個(gè)旁路柜，一旦AVC發(fā)生故障，能夠立即切換至維修旁路：當(dāng)其處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)QF1、QF3閉合，QF2斷開；切換帶維修旁路的流程：首先，閉合QF2，再斷開QF3、QF1。這樣便可以不對(duì)切粒機(jī)和加料盤的正常電力供應(yīng)帶來(lái)影響。

5 改造后的效果

2011年5月，對(duì)2#聚丙烯裝置切粒機(jī)變頻器和加料盤進(jìn)行由AVC供電的技術(shù)改造之后，使得電機(jī)的抗晃電能力得到顯著提升，在當(dāng)年6月29日由于外電網(wǎng)線路發(fā)生故障而造成的系統(tǒng)電壓波動(dòng)之時(shí)，切粒機(jī)、加料盤配出電機(jī)都沒有由于這一故障而出現(xiàn)停機(jī)，AVC事件記錄界面中顯示出下述信息：

時(shí)間：2011年6月29日16:17；

暫降持續(xù)時(shí)間：150ms；

補(bǔ)償前：65%（U相），70%（V相），44%（W相）；

補(bǔ)償后：85%（U相），85%（V相），73%（W相）。

上述信息表明，AVC獲得了較好的成效，并且也證實(shí)了一旦碰到此類晃電問題之時(shí)，若依靠變頻器“控制電路由UPS供電”和“低電壓保護(hù)”無(wú)法有效保障切粒機(jī)持續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過此次技術(shù)改造，2#聚丙烯擠壓系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備的抗晃電能力都得到了明顯的提升，這一舉措對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期使用以及長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)收益都帶來(lái)了巨大的促進(jìn)作用，同時(shí)對(duì)于1#聚丙烯或是其他的一些裝置核心設(shè)備的抗晃電改進(jìn)具有較佳的意義。