抗晃電功能在低壓變頻器中的應(yīng)用

摘要：在電力運(yùn)行過程中，避免不了因?yàn)橥庖蚧騼?nèi)因引起系統(tǒng)的波動，發(fā)生晃電現(xiàn)象。在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常會因?yàn)榛坞娫斐煞怯?jì)劃性停車，造成不小的經(jīng)濟(jì)損失。尤其是變頻器在抗晃電上更加的薄弱。為了提高變頻器在系統(tǒng)發(fā)生晃電的抗干擾能力?；诖?，本文就針對低壓變頻器設(shè)備抗晃電技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：晃電;變頻器;抗干擾;DC-BANK系統(tǒng)

前言：

在化工實(shí)際生產(chǎn)中，變頻器起著很重要的作用，但是系統(tǒng)在發(fā)生晃電時(shí)，會對化工企業(yè)連續(xù)性造成很大的影響，帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，為了避免損失，現(xiàn)針對變頻器的抗晃電功能急需提高，只有這樣才能減少我們的損失，才能保證化工企業(yè)的生產(chǎn)穩(wěn)定性，創(chuàng)造更得的價(jià)值。DC-BANK系統(tǒng)要為變頻設(shè)備提供穩(wěn)定的直流電壓（450～540V），在交流電壓晃動時(shí)保證變頻設(shè)備持續(xù)運(yùn)行

1 晃電

1.1晃電的原因

電壓暫降/驟降（Voltage Sag）是電壓有效值降至標(biāo)稱值（Nominal Value）的10%至90%，且持續(xù)時(shí)間為10ms至1min （典型持續(xù)時(shí)間為10ms～600ms）的電能質(zhì)量事件之一。嚴(yán)重的電壓暫降，將使用電設(shè)備停止工作，或引起所生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量下降。而電壓暫降影響的嚴(yán)重性則隨用電設(shè)備的特性而異。當(dāng)輸配電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障、感應(yīng)電機(jī)啟動、雷擊、開關(guān)操作、變頻器以及電容組的投切等事件時(shí)，均可引起電壓暫降。其中，短路故障、感應(yīng)電機(jī)啟動和雷擊是弓起電壓暫降的主要原因。雷擊時(shí)造成的絕緣子閃絡(luò)或?qū)Φ胤烹姇贡Ｗo(hù)裝置動作，從而導(dǎo)致供電電壓暫降。這種暫降影響范圍大，持續(xù)時(shí)間一般超過100ms。電機(jī)全電壓啟動時(shí)，需要從電源汲取的電流值為滿負(fù)荷時(shí)的500%～800%，這一電流流過系統(tǒng)阻抗時(shí)，將會引起電壓突然下降。短路故障可能會引起系統(tǒng)遠(yuǎn)端供電電壓較為嚴(yán)重的跌落，影響工業(yè)生產(chǎn)過程中對電壓敏感的電氣設(shè)備的正常工作，甚至造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。保護(hù)裝置切除故障、誤動以及運(yùn)行人員誤操作等均可引起供電中斷。當(dāng)保護(hù)裝置跳閘切斷給某- -用戶供電的線路時(shí)，該供電線路上將出現(xiàn)電壓中斷。這種情況一般僅在該線路上發(fā)生故障時(shí)才會出現(xiàn)，而相鄰的非故障線路.上都將發(fā)生不同程度的電壓暫降。

1.2 晃電對變頻器的影響

化工企業(yè)因?yàn)橐詾榛坞?，多次造成關(guān)鍵設(shè)備的非計(jì)劃停機(jī)，影響生產(chǎn)連續(xù)性。如果接收后仍存在此類情況，可能給我們造成損失，為了避免不必要的損失，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，所以致力于解決變頻器低電壓跳車的辦法。DC-BANK系統(tǒng)要為變頻設(shè)備提供穩(wěn)定的直流電壓（450～540V），在交流電壓晃動時(shí)保證變頻設(shè)備持續(xù)運(yùn)行。

2 直流支撐系統(tǒng)DC-BANK概述

直流支撐系統(tǒng)DC-BANK可支持多臺乃至上百臺變頻器（VVVF）在電網(wǎng)晃電、停電時(shí)不間斷工作，因而也保證多臺乃至上百臺電動機(jī)在晃電、停電時(shí)，不間斷工作。

3 DC-BANK性能特點(diǎn)

3.1 結(jié)構(gòu)簡單可靠，系統(tǒng)未用常規(guī)UPS向VVVF提供交流電源，而DC-BANK向VVVF提供直流電源，從而減少了AC/DC、DC/AC 兩次變換。常規(guī)UPS整流充電器既要對蓄電池充電，還須向逆變器提供額定直流功率，而MUPS 充電器只對電池充電，其功率僅為常規(guī)UPS的10%左右，成本低，可靠性高。

4 DC-BANK組成

DC-BANK組成：電池組、充電器、靜態(tài)開關(guān)、控制器等。蓄電池：蓄電池采用免維護(hù)閥控式全密封鉛釀電池。

整流器：整流器的功率逆變管采用進(jìn)口快速IGBT，其余元件采用進(jìn)口工業(yè)等級器件，輸出電壓和電流均可連續(xù)調(diào)節(jié)且具有強(qiáng)大的保護(hù)功能。

靜態(tài)開關(guān)：靜態(tài)開關(guān)是采用大功率器件組成的直流電子開關(guān)，能準(zhǔn)確地控制變額器由交流供電和由電池組供電的瞬時(shí)轉(zhuǎn)換。

智能控制系統(tǒng)：用單片機(jī)CPU控制器和HMUI（觸摸屏）組成帶有人機(jī)操作界面的監(jiān)控系統(tǒng)。其功能為：充電模塊輸出電壓設(shè)定，充電電流限值設(shè)定，該系統(tǒng)的起停操作，運(yùn)行參數(shù)顯示，變頻器工作狀態(tài)顯示，故障報(bào)警存儲以及按需要和上位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)四遙功能。

5 DC-BANK工作原理及控制邏輯

5.1 DC-BANK系統(tǒng)工作原理

當(dāng)電網(wǎng)供電正常時(shí)，靜態(tài)開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)，切斷電池組與變頻器的通路，直流支撐系統(tǒng)裝置通過整流設(shè)備對蓄電池組進(jìn)行浮充電，裝置儲能;當(dāng)交流電源低于變頻器低壓保護(hù)值時(shí)（即交流368 V，直流516 V）時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)靜態(tài)開關(guān)瞬間導(dǎo)通，可以做到變頻器由交流供電和由電池組供電的瞬時(shí)轉(zhuǎn)換。

5.2 DC-BANK系統(tǒng)工系統(tǒng)控制邏輯

5.2.1變頻器啟動、停止控制邏輯

根據(jù)變頻器的原理，變頻器在交流供電或直流供電正常情況下在接受到啟動接點(diǎn)指令后，即可投入運(yùn)行。變頻器正常運(yùn)行后有一反映變頻器運(yùn)行狀態(tài)的接點(diǎn)信號閉合。變頻器運(yùn)行調(diào)速指令由DCS 或PLC 送來的4-20 mA 模擬信號實(shí)現(xiàn)。

5.2.2直流支撐系統(tǒng)與變頻器的邏輯配合

1）控制PLC 輸入邏輯條件變頻器運(yùn)行狀態(tài)接點(diǎn)信號，母線電壓監(jiān)測信號，有時(shí)要求加變頻器保護(hù)動作信號。

2）控制PLC 輸出邏輯條件變頻器運(yùn)行正常且未給出保護(hù)動作信號時(shí)，直流接觸器合上，直流支撐系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，否則直流接觸器斷開，直流支撐系統(tǒng)處于冷備用。變頻器運(yùn)行正常時(shí)，母線電壓約AC 350 V（可調(diào)節(jié)）且未給出保護(hù)動作信號時(shí)，PLC 向靜態(tài)開關(guān)送出DC 24 V的控制電壓，靜態(tài)開關(guān)導(dǎo)通;母線電壓恢復(fù)且未給出保護(hù)動作信號時(shí)，PLC撤出靜態(tài)開關(guān)閉鎖指令。

3）母線電壓正常條件下直流支撐系統(tǒng)投入過程變頻器電源端送入正常電壓，變頻器受電，內(nèi)部CPU 準(zhǔn)備運(yùn)行;控制設(shè)備，DCS或PLC或控制繼電器送來啟動運(yùn)行指令。電機(jī)按模擬控制4-20 mA電流決定變頻器拖動電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速;等到系統(tǒng)正常運(yùn)行后變頻器狀態(tài)接點(diǎn)閉合。直流支撐系統(tǒng)控制PLC 接收到變頻器運(yùn)行狀態(tài)指令后，向直流接觸器MF發(fā)出合閘指令，如果該回路的空氣開關(guān)合閘，這時(shí)該回路在熱備份狀態(tài)。

4）變頻器電源失電PLC 及靜態(tài)開關(guān)都測到變頻器失電信息，PLC 測到了母線電壓約AC 350 V發(fā)出靜態(tài)開關(guān)合閘指令，靜態(tài)開關(guān)測到變頻器直流母線電壓約AC 460 V而快速導(dǎo)通。變頻器電源迅速由廠用電交流母線供電轉(zhuǎn)入直流支撐系統(tǒng)蓄電池組供電。變頻器保持連續(xù)不間斷運(yùn)行。

5）變頻器電源供電恢復(fù)時(shí)其直流環(huán)節(jié)的電壓應(yīng)立刻上升母線電壓恢復(fù)使得PLC 重新得到電壓正常信號而撤出靜態(tài)開關(guān)閉鎖指令。當(dāng)變頻器直流母線電壓大于直流支撐系統(tǒng)母線電壓，并且PLC 撤出閉鎖指令后靜態(tài)開關(guān)立即關(guān)閉。電機(jī)在這一過程中仍然保持不間斷運(yùn)行。充電器對放過電的電池組充電。

6）母線電壓連續(xù)在85豫上下波動母線電壓一旦約AC 350 V（>85豫），直流支撐系統(tǒng)即自動投入，由蓄電池直接向變頻器的直流母線供電。母線恢復(fù)正常值后PLC延時(shí)2s撤出靜態(tài)開關(guān)閉鎖信號。在蓄電池供電數(shù)秒鐘后PLC自行切斷直流接觸器，具體延時(shí)時(shí)間可在調(diào)試時(shí)確定。

6 結(jié)論

通過DC-BANK系統(tǒng)的討論，在變頻器抗晃電上有一定的建樹，它能更好的服務(wù)于變頻器的工作，讓其能長周期可靠的運(yùn)行，這樣就能夠保證生產(chǎn)企業(yè)在晃電時(shí)能有要的減少損失，給企業(yè)創(chuàng)造更高的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[2]《電力系統(tǒng)基礎(chǔ)》 2011年中國電力出版社

[3]《電力系統(tǒng)的擾動分析年》 2015機(jī)械工業(yè)出版社

[4]《PLC、變頻器與觸摸屏技術(shù)》 2013化學(xué)工業(yè)出版社.

作者簡介：劉蕾，西安石油大學(xué)，電氣工程及其自動化，延安能源化工有限責(zé)任公司。