變頻器過電壓故障分析及處理研究

姬文斌

（河南省平頂山技師學(xué)院，河南 平頂山 467000）

0 引 言

變頻器是電力系統(tǒng)中重要的電子設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響電力工業(yè)設(shè)備的正常使用，進(jìn)而影響整個工業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。盡管現(xiàn)有變頻器自帶過流、過壓及過載保護(hù)等功能，但受環(huán)境、使用年限、操作有誤及維護(hù)不及時等因素的影響，仍會發(fā)生故障或停運(yùn)狀況。實際生產(chǎn)使用中，變頻器會發(fā)生過電壓、過電流、過載及過熱等故障。過壓問題易引起電動機(jī)磁路飽和，導(dǎo)致電動機(jī)溫度過高，降低電動機(jī)絕緣性能，從而縮短使用壽命。過壓會引起電容器超負(fù)荷破壞。

實踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，變頻器過電壓故障時有發(fā)生，故障程度也有所不同。變頻器過電壓故障會有損電動機(jī)絕緣性能、造成電動機(jī)磁路飽現(xiàn)象及影響電容器的使用壽命等，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)人員傷亡事故。本文主要對變頻器電壓故障及處理措施展開研究，以保障變壓器的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

1 變頻器過電壓故障危害及原因分析

變頻器的應(yīng)用范圍較廣泛。變頻器的運(yùn)行質(zhì)量直接影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行水平。變頻器運(yùn)行中最常見的故障是過電壓故障，主要是指中間直流回路過電壓。變頻器過電壓故障主要存在以下危害。第一，有損電動機(jī)絕緣性能。電動機(jī)在運(yùn)行中具有一定絕緣性，以確保電動機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)變頻器發(fā)生過電壓故障時，輸出電壓的脈沖幅度過大，容易影響電機(jī)的絕緣壽命，進(jìn)而影響電動機(jī)的使用壽命[1]。第二，造成電動機(jī)磁路飽和現(xiàn)象。電動機(jī)運(yùn)行過程中，如果變頻器出現(xiàn)過電壓情況，很可能會造成電機(jī)的鐵芯磁通增加，進(jìn)而出現(xiàn)勵磁電流過大，造成磁路飽和現(xiàn)象。此時電機(jī)的溫度會持續(xù)升高，危害較大，甚至影響電機(jī)的使用壽命。第三，影響電容器的使用壽命。變頻器過電壓情況易造成中間直流回路過電壓值超過限定值，進(jìn)而損傷電容器的使用壽命，嚴(yán)重時甚至?xí)苯映霈F(xiàn)電容器爆裂等危害。

引發(fā)變頻器過電壓的原因有以下兩種。（1）電源輸入側(cè)過電壓是導(dǎo)致變頻器過電壓的主要原因。分析大量電源測過電壓實際情況發(fā)現(xiàn)，雷擊電流是造成電源輸入側(cè)過電壓的主要因素。此外，補(bǔ)償電容在合閘或斷開的過程中也會產(chǎn)生一定過電壓，影響變頻器的正常使用[2]。（2）負(fù)載側(cè)過電壓。負(fù)載側(cè)過電壓是引起變頻器過電壓的常見原因。引起負(fù)載側(cè)過電壓的原因有多種。例如，變頻器負(fù)載突降會造成變頻器負(fù)載轉(zhuǎn)速明顯上升，進(jìn)而造成電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，引發(fā)過電壓故障。直流回路電容容量下降，主要是由變頻器運(yùn)行周期較長所致。通常變頻器運(yùn)行階段電容容量會逐漸下降，如果不能及時更換或進(jìn)行處理，將會影響變頻器的正常運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致變頻器過電壓故障。

2 變頻器過電壓故障處理措施

變頻器過電壓危害極大，應(yīng)結(jié)合變頻器具體運(yùn)行環(huán)境，合理選擇變頻器過電壓故障處理措施，以保證變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行。變頻器過電壓的處理措施根據(jù)變頻器過電壓產(chǎn)生原因的不同而不同。對于在停車過程中產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象，如果對停車時間或位置無特殊要求，那么可采用延長變頻器減速時間或自由停車的方法；自由停車是指變頻器將主開關(guān)器件斷開，讓電機(jī)自由滑行停止；如果對停車時間或停車位置有要求，則可采用直流制動功能，也就是將電機(jī)減速到一定頻率后，在電機(jī)定子繞組中通進(jìn)直流電，形成一個靜止磁場。對于減速（從高速轉(zhuǎn)為低速，但不停車）時因負(fù)載的GD2（飛輪轉(zhuǎn)矩）過大而產(chǎn)生的過電壓，可采取適當(dāng)延長變頻器減速時間的方法。對于因外力作用而使電機(jī)處于再生狀態(tài)的負(fù)載，因其正常運(yùn)行于制動狀態(tài)，再生能量過高，無法由變頻器本身消耗掉，因此不可能采用直流制動或延長減速時間的方法。

2.1 多臺變頻器共用直流母線

為避免變頻器運(yùn)行過程中出現(xiàn)過電壓問題，應(yīng)采取有效的防護(hù)措施。多臺變頻器共用直流母線可有效規(guī)避變頻器過電壓問題[3]。多臺變頻器共用直流母線主要是將多臺變頻器共用一個網(wǎng)側(cè)變流器，通常一個電機(jī)需要連接一臺變頻器，如果將多臺變頻器共聯(lián)，那么在其中某一臺電機(jī)制動的情況下，可能會受其他電動機(jī)的拖動影響，而使制動狀態(tài)的電動機(jī)處于再生產(chǎn)能量狀態(tài)。共聯(lián)環(huán)境下，制動狀態(tài)的電機(jī)因被帶動所產(chǎn)生的能量會轉(zhuǎn)移到其他正在運(yùn)行的電機(jī)，并被吸收，從而有效規(guī)避了變頻器的過電壓故障。雖然這種方式可有效防護(hù)變頻器過電壓故障，但還需確保直流母線運(yùn)行的穩(wěn)定性，以避免直流母線出現(xiàn)問題而影響其他電機(jī)和變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 定期檢查并更換電容

電容容量減少是造成變頻器過電壓問題的主要原因，因此需相關(guān)部門及工作人員做好定期檢查工作。一旦發(fā)現(xiàn)電容容量很難繼續(xù)維持電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)及時更換電容，以避免長時間不更換電容而造成電容容量負(fù)載的問題[4]。此外，更換電容過程中，應(yīng)選擇大容量電容，以增大變頻器容量，進(jìn)而避免變頻器出現(xiàn)過電壓問題。對變頻器的定期檢查應(yīng)做到預(yù)防為主，盡量避免在發(fā)生故障后再更換電容，以免造成更大損失。如果檢查階段發(fā)現(xiàn)變頻器電容將使用到臨界點，需及時進(jìn)行更換。同時應(yīng)密切關(guān)注變頻器運(yùn)行是否存在其他異常，及時解決運(yùn)行中的隱患，進(jìn)而保證變頻器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 其他處理措施

應(yīng)結(jié)合變頻器的實際運(yùn)行情況實施以下處理措施。（1）可結(jié)合變頻器實際運(yùn)行情況在電源輸入側(cè)適當(dāng)增加吸收裝置，有效吸收過電壓，降低過電壓對變頻器運(yùn)行的影響。此外，加裝吸收裝置，可有效降低電源輸入側(cè)的沖擊過電壓，防止補(bǔ)償電容合閘或斷開以及雷擊電流所形成的過電壓，降低過電壓對變頻器的影響[5]。例如，可在電源輸入側(cè)加裝串聯(lián)電抗器或并聯(lián)浪涌吸收裝置等，達(dá)到處理目的。（2）輸入側(cè)增加逆變電路。該處理方式可將電網(wǎng)運(yùn)行中存在的多余能量反饋給電網(wǎng)，可有效避免變頻器過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。此外，該技術(shù)的應(yīng)用需要逆變設(shè)備，而逆變設(shè)備價格較為昂貴，且安裝過程中的技術(shù)要求較高。因此，具體使用時，應(yīng)結(jié)合實際情況合理應(yīng)用。通常這種高成本的防護(hù)措施主要應(yīng)用于要求較高且較高級的場合。

3 結(jié) 論

變頻器運(yùn)行過程中，受內(nèi)部因素或外部因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)直流過電壓故障，進(jìn)而影響變頻器的正常運(yùn)行。因此，需采取有效措施，以保證變頻器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要分析了變頻器的過電壓故障，深入了解了變頻器過電壓故障的原因，并提出了變頻器過電壓故障的處理措施。