变频器过电压故障分析及处理研究

2019-01-14姬文斌

通信电源技术 2019年6期

姬文斌

（河南省平顶山技师学院，河南平顶山 467000）

0 引言

变频器是电力系统中重要的电子设备，其运行状态直接影响电力工业设备的正常使用，进而影响整个工业系统的稳定运行。尽管现有变频器自带过流、过压及过载保护等功能，但受环境、使用年限、操作有误及维护不及时等因素的影响，仍会发生故障或停运状况。实际生产使用中，变频器会发生过电压、过电流、过载及过热等故障。过压问题易引起电动机磁路饱和，导致电动机温度过高，降低电动机绝缘性能，从而缩短使用寿命。过压会引起电容器超负荷破坏。

实践调查发现，变频器过电压故障时有发生，故障程度也有所不同。变频器过电压故障会有损电动机绝缘性能、造成电动机磁路饱现象及影响电容器的使用寿命等，严重时甚至会引发人员伤亡事故。本文主要对变频器电压故障及处理措施展开研究，以保障变压器的正常稳定运行。

1 变频器过电压故障危害及原因分析

变频器的应用范围较广泛。变频器的运行质量直接影响电力系统的运行水平。变频器运行中最常见的故障是过电压故障，主要是指中间直流回路过电压。变频器过电压故障主要存在以下危害。第一，有损电动机绝缘性能。电动机在运行中具有一定绝缘性，以确保电动机的安全稳定运行。当变频器发生过电压故障时，输出电压的脉冲幅度过大，容易影响电机的绝缘寿命，进而影响电动机的使用寿命[1]。第二，造成电动机磁路饱和现象。电动机运行过程中，如果变频器出现过电压情况，很可能会造成电机的铁芯磁通增加，进而出现励磁电流过大，造成磁路饱和现象。此时电机的温度会持续升高，危害较大，甚至影响电机的使用寿命。第三，影响电容器的使用寿命。变频器过电压情况易造成中间直流回路过电压值超过限定值，进而损伤电容器的使用寿命，严重时甚至会直接出现电容器爆裂等危害。

引发变频器过电压的原因有以下两种。（1）电源输入侧过电压是导致变频器过电压的主要原因。分析大量电源测过电压实际情况发现，雷击电流是造成电源输入侧过电压的主要因素。此外，补偿电容在合闸或断开的过程中也会产生一定过电压，影响变频器的正常使用[2]。（2）负载侧过电压。负载侧过电压是引起变频器过电压的常见原因。引起负载侧过电压的原因有多种。例如，变频器负载突降会造成变频器负载转速明显上升，进而造成电机进入再生发电状态，引发过电压故障。直流回路电容容量下降，主要是由变频器运行周期较长所致。通常变频器运行阶段电容容量会逐渐下降，如果不能及时更换或进行处理，将会影响变频器的正常运行，甚至会导致变频器过电压故障。

2 变频器过电压故障处理措施

变频器过电压危害极大，应结合变频器具体运行环境，合理选择变频器过电压故障处理措施，以保证变频器的稳定运行。变频器过电压的处理措施根据变频器过电压产生原因的不同而不同。对于在停车过程中产生的过电压现象，如果对停车时间或位置无特殊要求，那么可采用延长变频器减速时间或自由停车的方法；自由停车是指变频器将主开关器件断开，让电机自由滑行停止；如果对停车时间或停车位置有要求，则可采用直流制动功能，也就是将电机减速到一定频率后，在电机定子绕组中通进直流电，形成一个静止磁场。对于减速（从高速转为低速，但不停车）时因负载的GD2（飞轮转矩）过大而产生的过电压，可采取适当延长变频器减速时间的方法。对于因外力作用而使电机处于再生状态的负载，因其正常运行于制动状态，再生能量过高，无法由变频器本身消耗掉，因此不可能采用直流制动或延长减速时间的方法。

2.1 多台变频器共用直流母线

为避免变频器运行过程中出现过电压问题，应采取有效的防护措施。多台变频器共用直流母线可有效规避变频器过电压问题[3]。多台变频器共用直流母线主要是将多台变频器共用一个网侧变流器，通常一个电机需要连接一台变频器，如果将多台变频器共联，那么在其中某一台电机制动的情况下，可能会受其他电动机的拖动影响，而使制动状态的电动机处于再生产能量状态。共联环境下，制动状态的电机因被带动所产生的能量会转移到其他正在运行的电机，并被吸收，从而有效规避了变频器的过电压故障。虽然这种方式可有效防护变频器过电压故障，但还需确保直流母线运行的稳定性，以避免直流母线出现问题而影响其他电机和变频器的稳定运行。

2.2 定期检查并更换电容

电容容量减少是造成变频器过电压问题的主要原因，因此需相关部门及工作人员做好定期检查工作。一旦发现电容容量很难继续维持电机稳定运行，应及时更换电容，以避免长时间不更换电容而造成电容容量负载的问题[4]。此外，更换电容过程中，应选择大容量电容，以增大变频器容量，进而避免变频器出现过电压问题。对变频器的定期检查应做到预防为主，尽量避免在发生故障后再更换电容，以免造成更大损失。如果检查阶段发现变频器电容将使用到临界点，需及时进行更换。同时应密切关注变频器运行是否存在其他异常，及时解决运行中的隐患，进而保证变频器的安全稳定运行。

2.3 其他处理措施

应结合变频器的实际运行情况实施以下处理措施。（1）可结合变频器实际运行情况在电源输入侧适当增加吸收装置，有效吸收过电压，降低过电压对变频器运行的影响。此外，加装吸收装置，可有效降低电源输入侧的冲击过电压，防止补偿电容合闸或断开以及雷击电流所形成的过电压，降低过电压对变频器的影响[5]。例如，可在电源输入侧加装串联电抗器或并联浪涌吸收装置等，达到处理目的。（2）输入侧增加逆变电路。该处理方式可将电网运行中存在的多余能量反馈给电网，可有效避免变频器过电压现象的发生。此外，该技术的应用需要逆变设备，而逆变设备价格较为昂贵，且安装过程中的技术要求较高。因此，具体使用时，应结合实际情况合理应用。通常这种高成本的防护措施主要应用于要求较高且较高级的场合。