蹇寅 朱堅(jiān)明

摘 要：通過(guò)對(duì)變頻器報(bào)接地故障的分析，說(shuō)明了輸出電纜長(zhǎng)度對(duì)變頻器的影響，提出了解決辦法，供現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員和調(diào)試人員、設(shè)計(jì)人員參考。

關(guān)鍵詞：變頻器 電纜 分布電容 電抗器

中圖分類號(hào)：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（c）-0118-01

河源電廠I期為兩臺(tái)600 MW超超臨界燃煤機(jī)組，化學(xué)工業(yè)廢水系統(tǒng)加藥計(jì)量泵電機(jī)均采用變頻器控制，變頻器型號(hào)為PowerFlxe40，電機(jī)與變頻器屬于配套系統(tǒng)，電機(jī)的額定功率0.55 kW，額定電壓380 V，額定電流1.6 A。該控制方式的優(yōu)點(diǎn)在于可克服傳統(tǒng)加藥系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確給定加藥量的缺點(diǎn)，保證給水加藥品質(zhì)，同時(shí)大大減輕了運(yùn)行人員的工作量。由于設(shè)計(jì)和安裝的原因，變頻器安裝在了化學(xué)PC配電間的開關(guān)柜里面，而電機(jī)安裝在離變頻器較遠(yuǎn)的工業(yè)廢水處理間，電纜長(zhǎng)度超過(guò)200 M。在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)遇到變頻器報(bào)接地故障，或者電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)的故障。專業(yè)人員經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)系變頻器和電機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度太長(zhǎng)所致，本文就變頻器輸出電纜長(zhǎng)度對(duì)變頻器的影響及解決辦法進(jìn)行分析。

1 故障現(xiàn)象及現(xiàn)場(chǎng)檢查

變頻器PowerFlxe40顯示面板顯示F13代碼，查閱PowerFlxe40用戶手冊(cè)，F(xiàn)13故障類型為接地故障，可能是變頻器輸出電纜接地或者電機(jī)繞組接地。電廠專業(yè)人員通過(guò)對(duì)電纜及電機(jī)的對(duì)地絕緣測(cè)試，發(fā)現(xiàn)絕緣值均合格。

2 故障原因分析

變頻器輸出端到電機(jī)之間的電纜和地之間存在分布電容，如圖1所示。

所謂分布電容，就是指由非電容形態(tài)形成的一種分布參數(shù)。一般是指在印制板或其他形態(tài)的電路形式，在線與線之間、印制板的上下層之間形成的電容。其實(shí)不只是電容器才有電容，實(shí)際上任何兩個(gè)絕緣導(dǎo)體之間都存在電容，例如導(dǎo)線之間，導(dǎo)線與大地之間，都是被絕緣層和空氣介質(zhì)隔開的，所以都存在著電容。分布電容是一種分布參數(shù)，其數(shù)值不僅隨電纜的生產(chǎn)廠商不同而存在差異，而且會(huì)因?yàn)殡娎|的敷設(shè)方式、工作狀態(tài)和外界環(huán)境因素而不同，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮。

通常情況下，這個(gè)電容值很小（一般在15～30 nf/100 m左右），電纜長(zhǎng)度較短時(shí)，它的實(shí)際影響可以忽略不計(jì)，如果電纜很長(zhǎng)或傳輸信號(hào)頻率很高時(shí)，就必須考慮分布電容的作用。

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由此可見(jiàn)，漏電流和電纜對(duì)地的分布電容c成正比，電纜越長(zhǎng)，分布電容c越大，從而漏電流也會(huì)增大，當(dāng)漏電流達(dá)到一定數(shù)值后，變頻器就會(huì)報(bào)接地故障而跳閘，影響電機(jī)的正常運(yùn)行。

另外，電纜的電阻，電纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電阻越大，在電流保持不變的情況下，電纜的電壓降就會(huì)增大，從而加到電動(dòng)機(jī)的電壓變小，啟動(dòng)過(guò)程中頻率又很低，可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)或者低速運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)熱嚴(yán)重而燒壞。

3 解決辦法

3.1 加裝變頻器輸出電抗器

通用變頻器的輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波。較低次諧波通常對(duì)電機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電機(jī)出力不足，故變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制。在變頻器輸出側(cè)加裝交流輸出電抗器可以優(yōu)化變頻器輸出的交流電波形，抑制諧波電流，防止變頻器出線側(cè)的對(duì)地電容而導(dǎo)致的對(duì)地漏電流，延長(zhǎng)變頻器到電機(jī)側(cè)的電纜長(zhǎng)度。

當(dāng)變頻器輸出到電機(jī)的電纜長(zhǎng)度大于產(chǎn)品規(guī)定值時(shí)，應(yīng)加輸出電抗器來(lái)補(bǔ)償電機(jī)長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)的耦合電容的充放電影響，避免變頻器過(guò)流。輸出電抗器有兩種類型，一種輸出電抗器是鐵芯式電抗器，當(dāng)變頻器的載波頻率小于3 kHz時(shí)采用。另一種輸出電抗器是鐵氧體式，當(dāng)變頻器的載波頻率小于6 kHz時(shí)采用。

變頻器輸出電抗器的選型主要要考慮以下幾個(gè)方面。

（1）額定交流電流的選擇。

額定交流電流是從發(fā)熱方面設(shè)計(jì)電抗器的長(zhǎng)期工作電流，同時(shí)應(yīng)該考慮足夠的高次諧波分量。即輸出電抗器實(shí)際流過(guò)的電流是變頻器電機(jī)負(fù)載的輸出電流。

（2）阻抗電壓降。

阻抗電壓降是指在某個(gè)頻率時(shí)，對(duì)應(yīng)實(shí)際額定電流時(shí)電抗器線圈兩端的實(shí)際電壓降。通常選擇阻抗電壓降在1%～4%左右。

（3）電感量的選擇。

電抗器的額定電感量也是一個(gè)重要的參數(shù)，若電感量選擇不合適，會(huì)直接影響額定電流下的電壓降的變化，從而引起故障。而電感量的大小取決于電抗器鐵芯的截面積和線圈的匝數(shù)與氣隙的調(diào)整。輸出電抗器電感量的選擇主要是根據(jù)在額定頻率范圍內(nèi)的電纜長(zhǎng)度來(lái)確定，然后再根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際額定電流來(lái)選擇相應(yīng)電感量要求下的鐵芯截面積和導(dǎo)線截面積，才能確定實(shí)際電壓降。

我廠工業(yè)廢水系統(tǒng)所用的PowerFlex40變頻器的輸出側(cè)均未加裝輸出電抗器，可以考慮加裝輸出電抗器的方式來(lái)解決電纜長(zhǎng)度太長(zhǎng)所帶來(lái)的問(wèn)題。

關(guān)于輸出電抗器的選型，可以參閱PowerFlex40用戶手冊(cè)。該手冊(cè)附錄部分給出了可以選擇Bulletin1321-3R系列，產(chǎn)品目錄號(hào)為1321-3R2-B的線路電抗器。

4 結(jié)論

變頻器作為一種能源轉(zhuǎn)換的節(jié)能設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和日常生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制，變頻器有時(shí)會(huì)安裝在離電動(dòng)機(jī)較遠(yuǎn)的地方，變頻器輸出到電動(dòng)機(jī)的電纜越長(zhǎng)，電纜的分布電容的影響就越大，從而導(dǎo)致變頻器經(jīng)常報(bào)故障，尤其是對(duì)于容量較小的變頻器，更是如此。在實(shí)際應(yīng)用中，有的變頻器會(huì)標(biāo)配輸出電抗器，有的則不會(huì)，這時(shí)就需要使用單位參照變頻器使用手冊(cè)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，自行購(gòu)買并安裝合適的輸出電抗器，來(lái)解決電纜長(zhǎng)度太長(zhǎng)所帶來(lái)的各種問(wèn)題。

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