变频器预防电压暂降改造方案研究

马琳琳

变频器预防电压暂降改造方案研究

马琳琳

（开封市宝钢气体有限公司，河南 开封 475000）

宝钢气体有限公司开封工厂由于电网电压暂降事故，多次导致变频器控制的关键设备液氧泵跳车，进而导致整个系统跳车。针对此问题，本文对目前市场上的各种技术进行研究和分析，并找出最适合开封市宝钢气体有限公司的方案。

变频器；电压暂降；解决方案

1 概述

电压暂降也称晃电、电压骤降等，是指供电电压有效值在短时间内突然下降至额定电压幅值的10%～90%，然后又恢复至正常电压，这一过程的持续时间为0.5个周波至1min。造成电压暂降的主要原因是雷击、对地短路、发电厂故障及大型设备起动等。

（6）灰色预测模型。该方法是以局部信息为参考基础建立数学模型，该方法可以在历史项目数据不全的基础上，进行一定的预估，但预估的准确性有待进一步考量。

2 电压暂降对变频器的影响

变频器主要通过整流器和逆变器改变电源频率，从而调整电机转速。随着近几年变频器的广泛应用，技术发展日趋成熟，目前，多数变频器都具备完善的保护功能，包括应对瞬时失电的自动重启功能。

(1)灾害点密度指标量化及归一化。通过统计和计算单元格内地质灾害发育的数量和规模，得出地质灾害点密度。密度越大，表示地质灾害发生的频率越高。在GIS平台内对灾害点密度进行归一化处理，形成归一化图(图3a)，归一化数值越高，说明地质灾害分布越密集，越容易发生地质灾害。

中国人研究《易经》研究了几千年，《易经》64卦还潜涵着多少奥秘仍然需要研究。八卦或64卦是哲学内涵深刻、高度智慧、高度文明的成果，7000年或6000年前，人类处于新石器捕猎时期，发明八卦或64卦这样高度文明成果的可能性极少，八卦或64卦很可能属于人类史前文明成果或外星球人文明成果！

低电压穿越系统与其他系统相比具有以下几方面优势：①发生电压暂降时，迅速切换至本系统供电，不依赖外部电源，可靠性高；②自带完善的保护及联锁功能，可以显示电能质量并生成波形图；③多台变频器可同时接入一套系统，无环流，互相无干扰；④采用快放电池，性能优秀；⑤牺牲电池容量，节约维护成本；⑥在变频器交流电源失电或波动时，系统投入的电压限值可以设置，本系统投入，持续时间至少30s。

(2) 动应力反应。图7给出了廊道横河向最大动应力，图8为动静叠加后廊道横河向正应力分布图。地震作用下，廊道在两岸基岩面处有明显的动应力集中，横河向应力值较大，在右岸基岩面处廊道上游面底部出现最大动拉应力值2.14 MPa，右岸基岩面处廊道下游面底部出现最大动压应力值为2.23 MPa；两岸1/4跨位置横河向动应力值也较大，动应力都达到了1 MPa以上。

电压暂降时，变频调速电动机跳车。这主要是因为如果电网电压瞬间丢失，传动单元将利用电机旋转的动能继续维持运行。只要电机旋转并给传动单元提供能量，传动单元就会正常工作。如果主电流接触器保持闭合状态，传动单元在电源恢复后可以立即投入运行。由于传动单元能在几毫秒内检测出电机的状态，因此，在各种情况下电机都能立即启动，不存在启动延迟的现象。配有主电路接触器的柜体组装单元拥有一个“保持电路”，该保持电路会在电源中断期间保持主电路接触器闭合。允许中断的时间可以调整，出厂设置为5s［1］。

根据改进后Druck-Prager屈服函数，求出岩石蠕变本构方程，并对蠕变曲线进行拟合，得出在各级应力水平下的曲线吻合度较好，说明了改进的西原体模型可以较好地对砂岩蠕变的3个阶段进行描述，通过上述方法求得蠕变参数是准确的，其计算值与试验数据对比拟合关系如图6a所示。同理，可得其他孔隙水压下计算值与试验数据对比拟合关系如图6b—图6d所示。

变频器欠电压阈值为额定电压的70%，而实际检测到电压降为15%～20%，跳闸不是由变频器的欠电压保护引起的，而是变频器的主接触器的控制回路在电压暂降时无法保持正常的控制电压，主接触器跳断，导致变频器停车。

3.2 双电源变频器辅助装置

3 变频器预防电压暂降的几种改造方案

3.1 动态电压调节器补偿电压波动

通用并行计算架构CUDA(compute unified device architecture)使GPU能够解决复杂的计算问题，是显卡厂商NVIDIA推出的一种计算架构，它包含了CUDA指令集架构(ISA)以及GPU内部的并行计算引擎，开发人员可以使用C语言为CUDA架构编写程序，所编写出的程序可以在支持CUDA的处理器上以超高性能运行。

AVC是一个独特的产品，可以快速调整电压，保护用户设备免受电能质量事件如电压暂降和暂升的干扰。AVC从电网中获取原始能量，从而给工厂或商业场所输出稳定而优质的电能。AVC没有电池、电容或其他储能单元，所以其不能提供断电保护，但由于电网的可靠性很高，多数情况下，断电保护往往没有必要。由于没有电池，AVC具有体积小、用电效率高、可靠性高及极低的运行成本等优势。

可以设定当控制盘被选为当前控制地，控制盘与传动单元停止通讯时，传动单元的动作，设置在该情况下变频器继续工作即可预防“控制盘丢失”故障代码再次出现。

在确保原变频器的主回路供电与本产品供电各自独立的前提下，在两路供电相互独立且在任意瞬时不会同时晃动的前提下，确保变频器不会由于低电压而产生欠压保护跳车，从而确保其在任一路电压降低（另一路不能同时降低到85%以下）的前提下，变频器不会因为欠压保护而停机，以保证工艺生产的连续性运行。另外，原系统的控制二次回路用UPS单独供电。

3.3 工业型不间断电源UPS-I

ABB公司的PCS100 UPS-I是一套高性能、高效率的UPS系统，采用超级电容储能，以便发生电压暂降时能快速将电能释放并通过逆变器逆变，然后通过耦合变压器补偿配电线路的电压下降。

正常情况下，电网为负载供电（在线模式），逆变器关闭，但保持与电网电压同步，以在电网扰动时立即动作，同时，一个低功率充电器持续为超级电容充电。在公用电网电压发生电压暂降、浪涌、欠电压、过电压或断电，偏离用户要求的限值时，UPS-I逆变器开始为负载供电（放电模式），同时，负载与电网隔离，将负载受到的扰动最小化。在电压恢复到用户定义的限值内时，PCS100 UPS-I将输出与输入重新同步，一旦实现同步，电网隔离器导通，系统会重新进入在线模式。

控制回路采用配电室在线式UPS供电，UPS引出一路电源至变频器控制变压器输出端（绕过原400/230控制变压器），取代原来取自变频器主输入电源的控制电源，将原来控制变压器进线拆除，电压暂降发生时，变频器控制回路不会失电。

低电压穿越系统由电池组、充电器、执行单元和监测单元组成。利用蓄电池中贮存的直流电源，主电源故障时直接为变频器直流母排供电，从而保证变频器的正常运行。VSP与传统DC-BANK的主要区别是DC-BANK直接用蓄电池组来为变频器直流母排提供额定电压，也就是电池组串联电压与变频器直流母排电压相等；而VSP则是通过将串联电池组的直流电压进行升压变换后再送出，不需要电池组串联电压与变频器直流母排电压相等，只要保证发生电压暂降后，系统可以提供10s以上的供电时间即可，也就是说电池组的容量可以小一点，可以用较少的电池来串联电池组，从一定程度上来讲，其可以节约后续的维护成本，更适合用来解决电压暂降问题。

4 改造方案及步骤

4.1 采用低电压穿越系统改造主电路

ABB ACS800系列变频器自身抗电压暂降能力较强，理论上通过对变频器的控制电源进行改造、再加上合理设置变频器的相关运行参数就能在一定程度上降低电压暂降对变频器的影响，但是，无法完全避免电压暂降导致变频器发生跳车事故。

中华民族拥有上千年的文化历史，流传至今的文化精髓对于人们的价值观以及人生观都具有积极的影响，因此，新时期小学语文教师在实际展开教学活动的过程中，应充分发挥学科优势，在全面了解小学生认知能力以及语文基础能力等角度出发，采取有效措施高效展开传统文化素养的培养，只有这样才能够为促进我国小学生综合素质的全面发展奠定良好基础。

我们所使用的ABB ACS800系列变频器，在失压或停电后，将允许变频器继续工作一段时间。

4.2 对变频器控制电源的改造

3.4 低电压穿越系统（VSP）

但是，多次电压暂降后查看变频器的故障代码，发现故障代码指向的原因并非是欠电压故障，而是“控制盘丢失”或者没有任何故障代码，变频器的主接触器并未断开。由此推测，出现“控制盘丢失”故障代码的原因是变频器控制电源由于电压暂降而失电，控制盘失电，控制盘与传动单元停止通讯；而没有任何故障代码则是由于变频器收到了停车信号，重新上电复位后变频器控制盘上没有故障记录，也可能是控制盘在收到故障代码之前就先失电了。

将变频器就地控制盘的供电电源也通过UPS输出的230V通过开关电源转变为24V后得到，电压暂降发生时变频器控制盘不会失电。

4.3 变频器运行参数更改设置

将变频器“瞬时掉电运行保持”功能激活，并将时限设为最大值，在保证变频器安全运行的前提下，将变频器自复位功能激活，可允许欠电压故障后再自动复位一次。

对该简易的腹膜反折悬吊装置的应用，我们积累了如下经验：（1）腹膜反折悬吊装置更适合位于肾脏腹侧肿瘤手术；（2）悬吊装置 Hem-olok 夹夹闭固定于腹膜反折上的位置应选择在相对应肾脏肿瘤位置的两侧，以使肾肿瘤附近手术空间得到充分暴露；（3）腹膜牵引的方向应能尽量使腹膜延展，术中助手可根据情况调整腹膜反折牵引的方向和高度；（4）一旦在悬吊中造成腹膜破损，将会导致后腹腔镜手术空间不佳、解剖不清，增加手术困难，因此腹膜反折悬吊不适用于腹膜菲薄的患者。

将变频器驱动模式有标量控制改为矢量转矩控制。

4.4 关键设备辅机电源改造

本次改造变频器的主要目的是增加液氧泵的可靠性，所以，也应对液氧泵辅机电源进行改造，否则，可能出现主设备不跳车，但辅机无法运行，最终仍然会连锁主设备跳车。因此，将风扇、自动加油装置等辅机直接改为UPS供电，确保变频器能预防电压暂降，同时辅机也能不受电压暂降的影响。

5 结语

通过上述改造，极大提高了液氧泵自身预防电压暂降的能力，降低了电压暂降对液氧泵及其变频器的影响，也极大增加了整套空分装置的运行可靠性。但是，我们应该看到，整个预防电压暂降系统较为复杂，无疑为日常维护增加了工作量，所以，要使该系统有效服务，必须首先保证其自身的可靠性。

由于电网波动的不规律性和波动时间的不确定性等，再加上化工企业对生产连续性要求极为苛刻，因此，提高变频器抗电压暂降能力十分必要。而根本的解决方案就是从源头上抑制电压暂降，减少这种现象发生的概率。

［1］武智梅，陈月忠，帅安文.变频器故障原因分析［J］.化工自动化及仪表，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

马琳琳（1986-），男，本科，助理工程师，研究方向：供配电系统维护。