炼化企业变频器躲避系统电压波动方案比较

郝思佳　郭啸文　刘毅

摘 要：目前大型炼化企业考虑到节能效益，在生产中大量使用变频调速电机。虽然变频器驱动电机能有效节省电机有功功率，但是在企业发生系统电压波动时，变频器在启动自我保护停机功能后，需要电气专业操作人员进行现场手动复位后才可再启动，这期间一定的恢复时间将对企业连续性生产造成影响。文章通过对两种变频器躲避电压波动方案进行分析比较，寻找适合企业现况的改造方案，填补变频器躲避电压波动能力的空白，保证装置的安全平稳连续生产。

关键词：变频器；躲避电压波动；方案

中图分类号：TN773 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）04-0088-03

Abstract： At present， large scale refining and chemical enterprises use frequency conversion speed regulating motor in large quantities in order to save energy. Although the inverter drive motor can effectively save the motor active power， but in the enterprise when the system voltage fluctuations， the frequency converter in the start of self-protection shutdown function needs electrical professional operators to manually reset before starting again， during which a certain recovery time will have an impact on the continuous production of enterprises. Through the analysis and comparison of the two kinds of inverter evading voltage fluctuation schemes， the article looks for the transformation scheme suitable for the current situation of the enterprise， fills up the blank of the frequency converter evading voltage fluctuation ability， and guarantees the safe， stable and continuous production of the device.

Keywords： inverter； evading voltage fluctuation； scheme

引言

对大型炼化企业来说，确保生产的连续性是重中之重，工业过程设备尤其是交流电动机对电压波动特别敏感，因此保障可靠的设备电力电源供应是关键。目前华北石化公司共有200多台变频调速电机，分布于20多套生产装置中，这些变频电机的使用给我们带来了许多益处，但同时也出现了一个弊病，即当电网发生电压波动时，变频器就会进入欠压保护停机状态，从而导致电机设备停止运行，需要电气专业操作人员在变频器面板上进行手动复位后设备才能再启动，延长了故障恢复时间，使连续性生产中断，导致生产波动，给连续性企业生产造成严重的经济损失。因此，进一步提高变频器的躲避电压波动能力成为了保障企业安全平稳生产的关键点。

1 电压波动的概念

电压波动是由于刮风、下雨、雷电等自然气象因素，以及短路故障或其他因素引发的瞬时性的电力系统波动，从而致使系统电压产生一定范围波动、瞬变。电压波动的具体形式以及波动的持续时间也因故障原因、地点的不同而不同。

电压暂降是电压波动中最为常见的一种形式，即电压有效值降至标称值的10%至90%，且持续时间为10ms至1min的电能质量事件。而引起电压暂降的原因主要有输配电系统中发生的短路故障、感应电机启动、开关操作、变频器及电容组的投切、雷击等情况。其中短路故障可能会引起系统供电电压较为严重的跌落，对在生产过程中电压敏感的电气设备将会产生影响。当电机全电压启动时，启动电流值将达到其额定电流的4～7倍，当这一大电流流过系统阻抗时，将会引起系统电压的突然下降。而雷击时造成的绝缘子闪络或对地放电也将会使保护装置动作，导致供电系统的电压暂降。

2 电压波动对变频器造成的影响

变频器是一种把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压和频率可调节的装置。其基本结构及原理如图1所示。

变频器首先通过整流元件，将交流变为直流，再通过逆变器，将直流变成可调节的交流电来实现电机的调速功能。

通常变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能。变频器在失压或停电后，将允许变频器继续工作一个短时间t。若失压或停电时间小于t，变频器将平稳过度运行；若失压或停电时间大于t，变频器保护动作，停止运行。因此，只要有电压波动，都有可能使变频器保護动作进入报警停机状态，而且需要在变频器面板手动复位后，变频电机才能再次启动恢复正常运行。

3 变频电机遇电压波动现状统计

通过表1可以明显看出，每当遇到较“厉害”的电压波动时，企业各主要生产装置都会有变频调速电机停车的情况发生，这就对连续性生产产生较大影响。所以进一步提高变频器躲避系统电压波动的能力，是安全稳定生产不可或缺的重要环节。

4 变频器躲避电压波动方案

实际上，变频器躲避电压波动的技术已经研究多年，也有成熟的产品问世。常见的方案大致分为两类，一类是在系统电压波动的时间内给变频器提供直流电源，使其仍能正常工作的直流支撑技术；另一类是在变频器内加装抗晃电模块，使变频器在系统电压恢复正常后能自动再启动。endprint

4.1 直流支撑技术

直流支撑技术即DC-BANK系统，是一种基于变频器的系统组织架构，主要由整流装置、逆变装置、蓄电池组、静态开关和控制系统（PLC）五个部分组成。工作原理是通过在变频器的逆变器输入端加不间断直流电源，来提高变频器的低电压跨越能力，保证其在系统电源瞬时低电压时变频器仍能正常工作。

系统在平时电网电压正常情况下，如图2所示，静态开关处于关断状态，用于切断电池组与变频器构成的通路，自动通过整流设备对蓄电池进行浮充控制，以保证蓄电池时刻处于容量充足的状态；当电网发生电压波动时，系统在控制系统作用下，静态开关将瞬间导通，转由蓄电池给变频器的直流母线端提供电源，使电压保持不变，从而维持变频器的不间断运行，确保电动机输入电压无任何中断和变化，彻底排除电压波动的干扰。

由于直流支撑系统为变频器直流母线提供电源，作为变频器的在线电源备份，使变频器同时有交、直流两路冗余供电，可大大提升供电可靠性。

4.2 抗晃电技术

变频器一般都基本具有瞬间停电再启动功能，此功能对于低电压故障可自动复位，但需外部运行信号在瞬时失压时一直處于保持状态，此功能才能被激活。所以，变频器躲避电压波动要得以实现，需要在电压波动时确保变频器一直保持运行信号。抗晃电模块便是基于这种原理研发出来的产物。

在变频调速电机启动后，如图3所示，抗晃电模块并联在控制回路里的一对接点闭合，并且将发送给DCS和变频器的运行状态信号保持住，这样即使发生电压波动时变频器也不会保护动作。系统电压回复正常后，电机自启动，恢复正常工作。如果是电机正常停车，并联在控制回路里的一对接点延时打开，不会对电机造成影响。

5 两种躲避电压波动方案对比分析

根据表3可以得出比较结论，直流支撑系统的安全性较高，但同时存在改造较复杂、价格较高情况，适合在企业大量变频调速电机分布集中的区域使用。而抗晃电模块只需并联在控制回路中，对控制回路没有直接影响，且价格相对较低、改造简单，更适合在变频调速电机分布比较零散的区域使用。考虑我公司现状，变频电机分布比较分散，而且从经济角度综合考虑，比较适合采用对电机控制回路增加抗晃电模块这一改造方案。

6 结束语

我公司的部分普通异步电机通过加装抗晃电模块已经具备了躲避电压波动能力，但变频器在这方面一直是个空缺。目前仪电运行部正在组织开展此项技术攻关，如果能填补这个空缺，将会进一步提升电气设备运行的稳定性，为企业安全平稳连续生产提供更强有力的电力保障。

参考文献：

[1]李友文.工厂供电[M].化学工业出版社，2006，2.

[2]仲明振.低压变频器应用手册[M].机械工业出版社，2009，5.endprint