變頻器預(yù)防電壓暫降改造方案研究

馬琳琳

變頻器預(yù)防電壓暫降改造方案研究

馬琳琳

（開封市寶鋼氣體有限公司，河南 開封 475000）

寶鋼氣體有限公司開封工廠由于電網(wǎng)電壓暫降事故，多次導(dǎo)致變頻器控制的關(guān)鍵設(shè)備液氧泵跳車，進而導(dǎo)致整個系統(tǒng)跳車。針對此問題，本文對目前市場上的各種技術(shù)進行研究和分析，并找出最適合開封市寶鋼氣體有限公司的方案。

變頻器；電壓暫降；解決方案

1 概述

電壓暫降也稱晃電、電壓驟降等，是指供電電壓有效值在短時間內(nèi)突然下降至額定電壓幅值的10%～90%，然后又恢復(fù)至正常電壓，這一過程的持續(xù)時間為0.5個周波至1min。造成電壓暫降的主要原因是雷擊、對地短路、發(fā)電廠故障及大型設(shè)備起動等。

（6）灰色預(yù)測模型。該方法是以局部信息為參考基礎(chǔ)建立數(shù)學(xué)模型，該方法可以在歷史項目數(shù)據(jù)不全的基礎(chǔ)上，進行一定的預(yù)估，但預(yù)估的準確性有待進一步考量。

2 電壓暫降對變頻器的影響

變頻器主要通過整流器和逆變器改變電源頻率，從而調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。隨著近幾年變頻器的廣泛應(yīng)用，技術(shù)發(fā)展日趨成熟，目前，多數(shù)變頻器都具備完善的保護功能，包括應(yīng)對瞬時失電的自動重啟功能。

(1)災(zāi)害點密度指標量化及歸一化。通過統(tǒng)計和計算單元格內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的數(shù)量和規(guī)模，得出地質(zhì)災(zāi)害點密度。密度越大，表示地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率越高。在GIS平臺內(nèi)對災(zāi)害點密度進行歸一化處理，形成歸一化圖(圖3a)，歸一化數(shù)值越高，說明地質(zhì)災(zāi)害分布越密集，越容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

中國人研究《易經(jīng)》研究了幾千年，《易經(jīng)》64卦還潛涵著多少奧秘仍然需要研究。八卦或64卦是哲學(xué)內(nèi)涵深刻、高度智慧、高度文明的成果，7000年或6000年前，人類處于新石器捕獵時期，發(fā)明八卦或64卦這樣高度文明成果的可能性極少，八卦或64卦很可能屬于人類史前文明成果或外星球人文明成果！

低電壓穿越系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比具有以下幾方面優(yōu)勢：①發(fā)生電壓暫降時，迅速切換至本系統(tǒng)供電，不依賴外部電源，可靠性高；②自帶完善的保護及聯(lián)鎖功能，可以顯示電能質(zhì)量并生成波形圖；③多臺變頻器可同時接入一套系統(tǒng)，無環(huán)流，互相無干擾；④采用快放電池，性能優(yōu)秀；⑤犧牲電池容量，節(jié)約維護成本；⑥在變頻器交流電源失電或波動時，系統(tǒng)投入的電壓限值可以設(shè)置，本系統(tǒng)投入，持續(xù)時間至少30s。

(2) 動應(yīng)力反應(yīng)。圖7給出了廊道橫河向最大動應(yīng)力，圖8為動靜疊加后廊道橫河向正應(yīng)力分布圖。地震作用下，廊道在兩岸基巖面處有明顯的動應(yīng)力集中，橫河向應(yīng)力值較大，在右岸基巖面處廊道上游面底部出現(xiàn)最大動拉應(yīng)力值2.14 MPa，右岸基巖面處廊道下游面底部出現(xiàn)最大動壓應(yīng)力值為2.23 MPa；兩岸1/4跨位置橫河向動應(yīng)力值也較大，動應(yīng)力都達到了1 MPa以上。

電壓暫降時，變頻調(diào)速電動機跳車。這主要是因為如果電網(wǎng)電壓瞬間丟失，傳動單元將利用電機旋轉(zhuǎn)的動能繼續(xù)維持運行。只要電機旋轉(zhuǎn)并給傳動單元提供能量，傳動單元就會正常工作。如果主電流接觸器保持閉合狀態(tài)，傳動單元在電源恢復(fù)后可以立即投入運行。由于傳動單元能在幾毫秒內(nèi)檢測出電機的狀態(tài)，因此，在各種情況下電機都能立即啟動，不存在啟動延遲的現(xiàn)象。配有主電路接觸器的柜體組裝單元擁有一個“保持電路”，該保持電路會在電源中斷期間保持主電路接觸器閉合。允許中斷的時間可以調(diào)整，出廠設(shè)置為5s［1］。

根據(jù)改進后Druck-Prager屈服函數(shù)，求出巖石蠕變本構(gòu)方程，并對蠕變曲線進行擬合，得出在各級應(yīng)力水平下的曲線吻合度較好，說明了改進的西原體模型可以較好地對砂巖蠕變的3個階段進行描述，通過上述方法求得蠕變參數(shù)是準確的，其計算值與試驗數(shù)據(jù)對比擬合關(guān)系如圖6a所示。同理，可得其他孔隙水壓下計算值與試驗數(shù)據(jù)對比擬合關(guān)系如圖6b—圖6d所示。

變頻器欠電壓閾值為額定電壓的70%，而實際檢測到電壓降為15%～20%，跳閘不是由變頻器的欠電壓保護引起的，而是變頻器的主接觸器的控制回路在電壓暫降時無法保持正常的控制電壓，主接觸器跳斷，導(dǎo)致變頻器停車。

3.2 雙電源變頻器輔助裝置

3 變頻器預(yù)防電壓暫降的幾種改造方案

3.1 動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器補償電壓波動

通用并行計算架構(gòu)CUDA(compute unified device architecture)使GPU能夠解決復(fù)雜的計算問題，是顯卡廠商NVIDIA推出的一種計算架構(gòu)，它包含了CUDA指令集架構(gòu)(ISA)以及GPU內(nèi)部的并行計算引擎，開發(fā)人員可以使用C語言為CUDA架構(gòu)編寫程序，所編寫出的程序可以在支持CUDA的處理器上以超高性能運行。

AVC是一個獨特的產(chǎn)品，可以快速調(diào)整電壓，保護用戶設(shè)備免受電能質(zhì)量事件如電壓暫降和暫升的干擾。AVC從電網(wǎng)中獲取原始能量，從而給工廠或商業(yè)場所輸出穩(wěn)定而優(yōu)質(zhì)的電能。AVC沒有電池、電容或其他儲能單元，所以其不能提供斷電保護，但由于電網(wǎng)的可靠性很高，多數(shù)情況下，斷電保護往往沒有必要。由于沒有電池，AVC具有體積小、用電效率高、可靠性高及極低的運行成本等優(yōu)勢。

可以設(shè)定當(dāng)控制盤被選為當(dāng)前控制地，控制盤與傳動單元停止通訊時，傳動單元的動作，設(shè)置在該情況下變頻器繼續(xù)工作即可預(yù)防“控制盤丟失”故障代碼再次出現(xiàn)。

在確保原變頻器的主回路供電與本產(chǎn)品供電各自獨立的前提下，在兩路供電相互獨立且在任意瞬時不會同時晃動的前提下，確保變頻器不會由于低電壓而產(chǎn)生欠壓保護跳車，從而確保其在任一路電壓降低（另一路不能同時降低到85%以下）的前提下，變頻器不會因為欠壓保護而停機，以保證工藝生產(chǎn)的連續(xù)性運行。另外，原系統(tǒng)的控制二次回路用UPS單獨供電。

3.3 工業(yè)型不間斷電源UPS-I

ABB公司的PCS100 UPS-I是一套高性能、高效率的UPS系統(tǒng)，采用超級電容儲能，以便發(fā)生電壓暫降時能快速將電能釋放并通過逆變器逆變，然后通過耦合變壓器補償配電線路的電壓下降。

正常情況下，電網(wǎng)為負載供電（在線模式），逆變器關(guān)閉，但保持與電網(wǎng)電壓同步，以在電網(wǎng)擾動時立即動作，同時，一個低功率充電器持續(xù)為超級電容充電。在公用電網(wǎng)電壓發(fā)生電壓暫降、浪涌、欠電壓、過電壓或斷電，偏離用戶要求的限值時，UPS-I逆變器開始為負載供電（放電模式），同時，負載與電網(wǎng)隔離，將負載受到的擾動最小化。在電壓恢復(fù)到用戶定義的限值內(nèi)時，PCS100 UPS-I將輸出與輸入重新同步，一旦實現(xiàn)同步，電網(wǎng)隔離器導(dǎo)通，系統(tǒng)會重新進入在線模式。

控制回路采用配電室在線式UPS供電，UPS引出一路電源至變頻器控制變壓器輸出端（繞過原400/230控制變壓器），取代原來取自變頻器主輸入電源的控制電源，將原來控制變壓器進線拆除，電壓暫降發(fā)生時，變頻器控制回路不會失電。

低電壓穿越系統(tǒng)由電池組、充電器、執(zhí)行單元和監(jiān)測單元組成。利用蓄電池中貯存的直流電源，主電源故障時直接為變頻器直流母排供電，從而保證變頻器的正常運行。VSP與傳統(tǒng)DC-BANK的主要區(qū)別是DC-BANK直接用蓄電池組來為變頻器直流母排提供額定電壓，也就是電池組串聯(lián)電壓與變頻器直流母排電壓相等；而VSP則是通過將串聯(lián)電池組的直流電壓進行升壓變換后再送出，不需要電池組串聯(lián)電壓與變頻器直流母排電壓相等，只要保證發(fā)生電壓暫降后，系統(tǒng)可以提供10s以上的供電時間即可，也就是說電池組的容量可以小一點，可以用較少的電池來串聯(lián)電池組，從一定程度上來講，其可以節(jié)約后續(xù)的維護成本，更適合用來解決電壓暫降問題。

4 改造方案及步驟

4.1 采用低電壓穿越系統(tǒng)改造主電路

ABB ACS800系列變頻器自身抗電壓暫降能力較強，理論上通過對變頻器的控制電源進行改造、再加上合理設(shè)置變頻器的相關(guān)運行參數(shù)就能在一定程度上降低電壓暫降對變頻器的影響，但是，無法完全避免電壓暫降導(dǎo)致變頻器發(fā)生跳車事故。

中華民族擁有上千年的文化歷史，流傳至今的文化精髓對于人們的價值觀以及人生觀都具有積極的影響，因此，新時期小學(xué)語文教師在實際展開教學(xué)活動的過程中，應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢，在全面了解小學(xué)生認知能力以及語文基礎(chǔ)能力等角度出發(fā)，采取有效措施高效展開傳統(tǒng)文化素養(yǎng)的培養(yǎng)，只有這樣才能夠為促進我國小學(xué)生綜合素質(zhì)的全面發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

我們所使用的ABB ACS800系列變頻器，在失壓或停電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一段時間。

4.2 對變頻器控制電源的改造

3.4 低電壓穿越系統(tǒng)（VSP）

但是，多次電壓暫降后查看變頻器的故障代碼，發(fā)現(xiàn)故障代碼指向的原因并非是欠電壓故障，而是“控制盤丟失”或者沒有任何故障代碼，變頻器的主接觸器并未斷開。由此推測，出現(xiàn)“控制盤丟失”故障代碼的原因是變頻器控制電源由于電壓暫降而失電，控制盤失電，控制盤與傳動單元停止通訊；而沒有任何故障代碼則是由于變頻器收到了停車信號，重新上電復(fù)位后變頻器控制盤上沒有故障記錄，也可能是控制盤在收到故障代碼之前就先失電了。

將變頻器就地控制盤的供電電源也通過UPS輸出的230V通過開關(guān)電源轉(zhuǎn)變?yōu)?4V后得到，電壓暫降發(fā)生時變頻器控制盤不會失電。

4.3 變頻器運行參數(shù)更改設(shè)置

將變頻器“瞬時掉電運行保持”功能激活，并將時限設(shè)為最大值，在保證變頻器安全運行的前提下，將變頻器自復(fù)位功能激活，可允許欠電壓故障后再自動復(fù)位一次。

對該簡易的腹膜反折懸吊裝置的應(yīng)用，我們積累了如下經(jīng)驗：（1）腹膜反折懸吊裝置更適合位于腎臟腹側(cè)腫瘤手術(shù)；（2）懸吊裝置 Hem-olok 夾夾閉固定于腹膜反折上的位置應(yīng)選擇在相對應(yīng)腎臟腫瘤位置的兩側(cè)，以使腎腫瘤附近手術(shù)空間得到充分暴露；（3）腹膜牽引的方向應(yīng)能盡量使腹膜延展，術(shù)中助手可根據(jù)情況調(diào)整腹膜反折牽引的方向和高度；（4）一旦在懸吊中造成腹膜破損，將會導(dǎo)致后腹腔鏡手術(shù)空間不佳、解剖不清，增加手術(shù)困難，因此腹膜反折懸吊不適用于腹膜菲薄的患者。

將變頻器驅(qū)動模式有標量控制改為矢量轉(zhuǎn)矩控制。

4.4 關(guān)鍵設(shè)備輔機電源改造

本次改造變頻器的主要目的是增加液氧泵的可靠性，所以，也應(yīng)對液氧泵輔機電源進行改造，否則，可能出現(xiàn)主設(shè)備不跳車，但輔機無法運行，最終仍然會連鎖主設(shè)備跳車。因此，將風(fēng)扇、自動加油裝置等輔機直接改為UPS供電，確保變頻器能預(yù)防電壓暫降，同時輔機也能不受電壓暫降的影響。

5 結(jié)語

通過上述改造，極大提高了液氧泵自身預(yù)防電壓暫降的能力，降低了電壓暫降對液氧泵及其變頻器的影響，也極大增加了整套空分裝置的運行可靠性。但是，我們應(yīng)該看到，整個預(yù)防電壓暫降系統(tǒng)較為復(fù)雜，無疑為日常維護增加了工作量，所以，要使該系統(tǒng)有效服務(wù)，必須首先保證其自身的可靠性。

由于電網(wǎng)波動的不規(guī)律性和波動時間的不確定性等，再加上化工企業(yè)對生產(chǎn)連續(xù)性要求極為苛刻，因此，提高變頻器抗電壓暫降能力十分必要。而根本的解決方案就是從源頭上抑制電壓暫降，減少這種現(xiàn)象發(fā)生的概率。

［1］武智梅，陳月忠，帥安文.變頻器故障原因分析［J］.化工自動化及儀表，2012（12）：1663-1664.

Transformation Scheme for Frequency Converter to Prevent Voltage Sag

Ma Linlin
（Kaifeng Baogang Gas Co.,Ltd.，Kaifeng Henan 475000）

Because of the voltage sags in the power grid,the Kaifeng Baogang Gas Co.,Ltd.has repeatedly caused the key equipment of the inverter control,the liquid oxygen pump to jump,resulting in the whole system jumping.In view of this problem,this paper studied and analyzed all kinds of technologies on the market,and discovered the most suitable Kaifeng City Baosteel gas limited company's plan.

frequency converter；voltage sag；solution

TM621

A

1003-5168（2017）10-0077-02

2017-09-02

馬琳琳（1986-），男，本科，助理工程師，研究方向：供配電系統(tǒng)維護。