智能配電技術防止變頻器精度過高導致晃電干擾設備停運

陳朋

摘 要：隨著人們生活水平不斷提升，對電力需求不斷增加的同時，也更加注重電力運行的安全與穩(wěn)定。科學技術的發(fā)展令電力系統(tǒng)逐漸向著智能化、自動化方向發(fā)展，智能配電技術開始廣泛應用。工業(yè)發(fā)展中各項設備應用普遍，其對電力需求較大，為實現(xiàn)有效供電，通常會使用變頻器。但在設備運行過程中，受某些因素影響，變頻器會出現(xiàn)精度過高而導致的晃電現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)會對設備正常運行產(chǎn)生影響，甚至出現(xiàn)停運問題。存在較大安全隱患，會給企業(yè)帶來經(jīng)濟損失。

關鍵詞：變頻器；晃電；設備停運

變頻器是工業(yè)生產(chǎn)中應用較廣泛的設備，具有效率高、功率大、啟制動性好、調(diào)速穩(wěn)定等優(yōu)點，因此廣受工業(yè)人員歡迎。但在其運行過程中，因外界因素影響，會出現(xiàn)電壓驟降問題，使系統(tǒng)出現(xiàn)晃電。晃電現(xiàn)象的發(fā)生會給變頻器帶來影響，變頻器對晃電現(xiàn)象應對能力較低，一旦出現(xiàn)晃電問題，變頻器會自動啟用保護功能，瞬間停止運行，使設備出現(xiàn)計劃外停車。不僅存在經(jīng)濟損失，還會給人們生命財產(chǎn)安全帶來威脅。抗晃電技術的應用能夠有效緩解電壓暫降問題，避免晃電現(xiàn)象發(fā)生，從而滿足人們用電需求，促進其穩(wěn)定性與安全性提升。

1 電壓暫降

晃電就是電網(wǎng)運行過程中出現(xiàn)的電壓暫降現(xiàn)象，電壓暫降是交流電網(wǎng)中常見問題。是指在電力運行過程中電壓值的大幅度降低，其持續(xù)時間在一分鐘之內(nèi)。其出現(xiàn)的主要原因有電壓負載超過承受值、電機啟動以及電容器切換等。設備存在故障以及雷電等自然因素對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響都會引起電壓暫降現(xiàn)象。以下從內(nèi)因與外因兩方面進行探討。

（1）內(nèi)因：系統(tǒng)本身接有大功率電動機、整流器、電弧爐之類單相負荷等干擾性負荷，對電網(wǎng)產(chǎn)出負面影響，如無功沖擊，諧波，負序等。這些影響可能會通過公共連接點涉及到其他終端用戶。

（2）外因：外力破壞、雷電、樹枝影響以及配電設備故障、線路切換、電容器投切等均由可能干擾系統(tǒng)，造成電壓波動甚至斷電，嚴重時會影響相鄰線路，造成有害影響的蔓延。對于10kV線路，其特點是面廣，用戶分布點多，易產(chǎn)生過電流或短路故障，發(fā)生故障后，在線路繼電保護作用下，發(fā)生故障的回路被切除。在故障發(fā)生到故障切除期間，其他回路電壓會暫降，導致晃電現(xiàn)象的發(fā)生。

大部分變頻器都具有失壓、過壓和瞬間斷電的保護功能。在變頻器斷電或失壓后，一般的變頻器仍會工作一段時間，若斷電或失壓的時間大于此工作時間，變頻器將啟動保護功能，停止運行，造成非計劃停車。

2 對變頻器的影響

在工業(yè)生產(chǎn)中，變頻器是設備運行的關鍵，通過變頻器能夠實現(xiàn)對設備動力源的有效控制。變頻器在各環(huán)節(jié)中都得到了廣泛應用。一旦變頻器出現(xiàn)晃電現(xiàn)象，會使其所控制設備停止運轉，電能質量出現(xiàn)下降，給工業(yè)生產(chǎn)帶來較大阻礙。

當出現(xiàn)晃電現(xiàn)象時，為了避免出現(xiàn)嚴重運行事故，變頻器會啟動保護系統(tǒng)，進行低壓保護跳閘。跳閘不可避免會造成經(jīng)濟損失，當變頻器跳閘復位時，要想使運行頻率恢復至原有狀態(tài)通常需要3到5分鐘。在這段時間內(nèi)，部分需要在潔凈室進行生產(chǎn)操作的環(huán)節(jié)會出現(xiàn)環(huán)境條件超出標準值的問題，最終導致出現(xiàn)殘次品甚至廢品，給生產(chǎn)帶來經(jīng)濟損失。

3 抗干擾措施

電能檢測技術能夠有效預防晃電現(xiàn)象。當進行測試時，以公共連接點為主要測試點，并測量母線數(shù)值。使用繼電保護設備中的故障錄波功能，對因晃電出現(xiàn)而造成的設備停運進行記錄，分析其各項數(shù)據(jù)，對故障產(chǎn)生原因進行探討，并制定方案以提升解決方式的合理性與科學性。如果在電網(wǎng)運行過程中，設備存在抗晃電系統(tǒng)，其系統(tǒng)自身會保留有電能運行記錄，對電能質量數(shù)據(jù)進行整理與分析，并記載具體治理狀況。

在智能配電技術中防止變頻器出現(xiàn)晃電問題的主要技術設備主要有兩種：直流支撐技術以及動態(tài)電壓補償裝置。

3.1 DySC

這種裝置的使用能夠在出現(xiàn)電壓暫降問題時使用逆變器對額外電能進行吸收，從而平衡因驟降而出現(xiàn)的電壓值，從而降低變頻器中負載設備的影響。當變頻器保護裝置開啟而造成斷電時，動態(tài)電壓補償裝置可以利用其內(nèi)部含有的儲能電容進行供電，從而維持設備運行所需額定電壓。

3.2 DC-BANK系統(tǒng)工作原理

DC-BANK系統(tǒng)主要由充電器、儲能單元、檢測單元和執(zhí)行單元等組成DC-BANK系統(tǒng)基于變頻器的系統(tǒng)組織架構。主回路供電在市電正常情況下，經(jīng)交流配電系統(tǒng)、變頻器、電動機受電端，使得電機帶動各種電氣設備運行。此時DC-BANK系統(tǒng)僅作為變頻器的在線備用電源。當電網(wǎng)出現(xiàn)波動時，系統(tǒng)在檢測單元和執(zhí)行單元協(xié)同作用下，DC-BANK自動切入變頻器的直流母線，保證電機在直流電源的支撐下不間斷運行。當市電恢復正常供電，系統(tǒng)在檢測單元和執(zhí)行單元協(xié)同作用下，迅速切斷DC-BANK，變頻器此后恢復為市電供電，蓄電池轉為自動維護狀態(tài)。

長期以來，在連續(xù)性較強的工藝生產(chǎn)中，當電網(wǎng)發(fā)生晃電（甚至毫秒級的斷電）等供電故障時，均有可能使電機驅動的動力設備受到較大的擾動甚至停機。造成連續(xù)性生產(chǎn)中斷，設備損壞，產(chǎn)生大量的次品、廢品，造成嚴重的經(jīng)濟損失。

為解決電動機因電網(wǎng)晃電引發(fā)的工藝、設備問題，就出現(xiàn)了用于電動機負載的輸出電壓和輸出頻率可變的交流不間斷電源DC-BANK。DC-BANK即直流不間斷電源，是在交流電網(wǎng)晃電或斷電時靜態(tài)開關開通及時為變頻器提供穩(wěn)定、持續(xù)、不間斷的直流電源設備，在交直流電源之間達到無擾動切換，保證了變頻器繼續(xù)運行并驅動電動機。DC-BANK是低壓電機群專用不間斷電源系統(tǒng)，特別適用于多負載連續(xù)生產(chǎn)的化纖鋼鐵，石油化工，玻璃等行業(yè)。DC-BANK可有效的解決電網(wǎng)晃電對變頻器帶來的影響，同時還具備可靠性高，利用效率高等優(yōu)點。DC-BANK相對于同樣應用廣泛的UPS，具備以下優(yōu)點：

（1）UPS因系統(tǒng)復雜，可靠性差，沒有標準化等問題，導致維護難度較大；DC-BANK與變頻器通常采用的是并聯(lián)連接形式，系統(tǒng)采用框架式結構，可靠性高，維護起來相對方便。

（2）UPS可靠性不高，需要設計復雜的配置方式提高其可靠性；得益于DC-BANK與變頻器的并聯(lián)連接形式，使得每個負載的電源保護都相對獨立，通過DC-BANK對直流母線供電，就使得變頻器在原有的基礎上增加了一路直流備用供電，因而具有更高的可靠性。

（3）UPS在帶電機類感性負載時，需要5～7倍電機額定容量，且治理諧波電流需要增加有源或無源濾波器；DC-BANK則需要相對較小的電機額定容量（通常為1.1倍）。

（4）DC-BANK系統(tǒng)較UPS具備更高的外殼防護等級，能適應更加惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。

結束語

隨著變頻器在各行業(yè)中應用逐漸普遍，其在工業(yè)生產(chǎn)中作用與地位得到提升，變頻器運行穩(wěn)定對設備運行有著重要作用。能夠促進運行效率提升、帶來更多經(jīng)濟效益。晃電現(xiàn)象的出現(xiàn)會嚴重影響到變頻器運行，導致設備停運問題。但晃電現(xiàn)象難以避免，因此需要提高對晃電現(xiàn)象的重視，應用智能配電技術，實現(xiàn)抗晃電技術的應用，從而減少晃電問題，滿足用戶用電需求，降低經(jīng)濟損失。

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