针对变频器电压暂降故障改造思路分析

田仕林

摘要：电压暂降已成为化工行业重要的电能质量问题，变频器电压暂降直接导致化工设备异常停车，对企业的连续性生产造成极大的威胁。该文通过结合某化工厂配电系统电压暂降实际案例进行分析，依據现有的电气设备的特性，对比常见电压暂降治理方法进行探讨，实现了风机类变频器设备在电压暂降状态下的稳定运行，避免同类型事故的再次发生，有效提高了电气设备运行的安全性能。

关键词：抗晃电变频器电压暂降 PLC 改造思路

中图分类号：TN773文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2021）11（c）-0000-00

Abstract： Voltage sag has become an important power quality problem in the chemical industry. Inverter voltage sag directly leads to abnormal shutdown of chemical equipment， which poses a great threat to the continuous production of enterprises. In this paper， through a combination of a chemical plant distribution system voltage sag actual case analysis， according to the features of the existing electrical equipment， compared with common voltage sag governance approach were discussed， class implements the fan frequency converter equipment in the condition of voltage sag and stable operation， to avoid similar accidents from happening again， effectively improve the performance of electrical equipment operation safety.

Key Words： Anti-sway electricity; Frequency converter; Voltage sag; PLC; Transformation ideas

电压暂降又称电压跌落（俗称晃电），指的是电气设备的供电电压在较短时间内下降到额定值以下，持续时间大多小于1 s。常见的电压暂降产生原因包括线路短路故障、雷击、大型设备启停等，导致供电线路当中的电流在短时间内急剧增大，电压瞬时降低。

1课题背景

化工装置在生产过程中存在高温高压易燃易爆的特性，因此对供电系统的稳定性要求较高。因工艺生产需要，会使用大量的变频器调节转速，各类变频器因制作技术不同，稳定性也有所不同，目前使用的某系列变频器，由于此变频器在国内首次生产，没有实现低电压穿越功能，变频器运行稳定性较差。在出现电压暂降时容易误动作，从而引起化工装置联锁跳车，因此必须采取有效措施避免该类事故频繁发生。

2国内外研究现状和发展趋势

目前供配电系统设计中10 kV及以上二次回路控制电源使用直流电源单独供电，电气系统晃电时不会对其造成影响;0.4 kV、0.69 kV等低压系统二次系统控制电源使用交流电源，其受晃电影响较为敏感;变频器受自身控制器件、绝缘耐压等级、设备制造等要素制约对电压较为敏感，目前抗晃电的常规做法分以下两大类。

第一类为正常供电的电动机回路采用的方法，具体如下。

（1）采用增加抗晃电模块，正常运行时抗晃电模块采用旁路工作模式，供电正常时该模块处于监控状态，接触器线圈供电由系统电源提供，在系统电源发生晃电时，控制回路供电自动切换到该模块供电，维持接触器工作电压[1]。

（2）整个控制回路采用UPS电源供电或者直流电源供电，系统晃电时不会对控制回路造成影响，存在的问题，如果控制电源本身有问题，可能会存现大面积的停机事故。

（3）目前市面上新出的智能操作断路器，利用智能操作短路器代替原有电路中的断路器和接触器，系统晃电时，不会对供电回路造成影响，存在的问题，对高频操作的电动机不适用

第二类为变频器供电回路采用的方法，具体如下。

对于变频器而言，单独解决控制回路的晃电无法从根本上解决抗晃电的问题，变频器本身会因为电压降低，造成直流母线电压下降，从而会触发低电压保护或者过电流保护动作。常规的做法主要有以下几个方面。

（1）变频器低电压穿越技术。通过修改变频器内部固化参数，降低直流电压告警值，从而躲过晃电时间。但稳定性较差，同时影响变频器的使用寿命，低压变频器内部固化参数存在不能修改的问题[2]。

（2）变频器直流支撑技术。根据变频器“交—直—交”的特点，采用对变频器直流母线进行直流电压支撑的方法，实现了对变频器系统的抗“晃电”功能，存在的问题，改造成本高。

（3）依托动态电压调节器实现对电压暂降的补偿。采用AVC技术能够实现对供电线路当中电压的快速调节，避免电气设备受到电压暂降等情况的干扰和危害。由于AVC系统只需要对供电线路进行电压的实时监测，不需要电池和断电保护装置，因此具有占用体积较小、质量较轻、可靠性较高、使用成本低的优势，在电气设备运行过程当中发挥着重要作用，但对于母线系统较大时难以实现。

（4）利用UPS不间断电源实现对供电线路电压的有效保护。在供电线路正常工作的过程当中，逆变器处于关闭状态，但其电压数值与供电电网电压同步，一旦供电线路发生电压暂降等情况，蓄电池当中的电能立即通过逆变器对电气设备进行供电，同时隔离主供电线路，降低电气设备受电压暂降带来的影响和损失。此方案能有效解决单个变频器的抗晃电问题，但投资较高[3]。

3对风机类设备新的改造思路和方案

某变频器低电压参数无法进行修改，为机器本身固化，默认低电压跳闸为直流母线电压小于425 V，无法采用低电压穿越技术实现抗晃电能力，采用直流支撐技术，投资相对较高。于是需要我们深入研究变频器的内部结构及工作原理，结合抗晃电技术与现场设备情况，从根本上解决晃电跳闸的问题。

3.1需要解决的关键问题

（1）对化工装置工艺连锁详细进行研究，发现风机类设备原设计DCS收到风机停车信号5 s后，触发连锁停机，从而使整个系统停车。因此，如何在5 s内做到变频器故障自动复归，并保证变频器再次启动，是解决问题的关键，且人员手动复归在时间上无法满足要求。

（2）需要让晃电回复后，变频器故障自动复位并再次启动，但如何将晃电与变频器故障区分开，保证变频器再启动时成功，也是需要解决的关键问题。

（3）除化工企业主供电线路之外，其辅助设备供电线路同样也是保障电气设备运行稳定的关键性因素，如果只对主供电线路进行改造，而并没有对辅助供电回路进行优化，辅助设备受电压暂降影响无法运行的情况，也会影响设备的稳定运行。

3.2改造方案

具体方案如下。

（1）对变频器控制电源进行改造。依托UPS不间断电源连入主供电线路与变频器输出线路当中，使UPS设备能够有效发挥出受电设备与主供电线路之间的中介与保护作用，一旦主供电线路产生电压暂降或波动现象，能够立刻接入受电设备的供电工作，取代原有的波动供电线路，使受电设备运行更加安全[4]。此外，对于变频器控制盘的供电电源，也应当接入至UPS不间断电源线路当中，使技术人员在主供电线路发生电压暂降或电压波动的情况下仍能够通过UPS技术实现对变频器控制盘的有效操作，避免断电跳车等事故风险发生。

（2）对变频器的运行参数进行修改。在某变频器当中，拥有“瞬时掉电运行保持”功能，为保障其正常工作，应当将其时限设定为最大值，确保变频器适应各种情况导致的电压暂降事故，降低其带来的损失。其次，还应当打开变频器自复位功能，允许变频器对实时供电电压进行检测，并根据检测结果实现复位和重启，使变频器设备实现稳定安全运行。

（3）在针对变频器以及供电线路进行优化和调整过后，还应当对受电设备进行改造。该文面对的受电设备主要是化工企业当中的风机，因此，将风机等受电设备的辅助设备可以直接改为UPS不间断电源供电，避免辅助设备受到主供电线路电压暂降的影响，实现受电设备的同步运行。

（4）对于风机类的设备，可以采取在变频器柜内增加PLC及电压采集模块，构建信号检测及逻辑判断控制系统，系统结构如图1所示。

3.3主要工作原理

（1）当PLC检测出变频器故障信号，但未收到电压降信号时，此时判断为其他故障，PLC不发故障复归命令，变频器无法启动。

（2）当PLC检测出电压降信号和变频器故障信号同时满足时，PLC发出故障复归命令，但未收到变频器复归返回信号，此时判断为变频器内部故障未消除，PLC不发启动命令[5]。

（3）当变频器收到电压变化和故障信号同时出现时，自动发出复归故障信号，未收到故障信号反馈不自动启动变频器，确保故障复归到位;收到故障信号反馈后允许变频器自动启动变频器一次，确保变频器启动正常。

3.4系统调试

3.4.1快切切换试验

变频器接入双母线分段式运行方式母线，用快切装置做切换，设定投切时间为0.5 s，断开本侧进线开关，电源失电，变频器在此期间发出直流欠压故障调停，PLC检测电压丢失;快切装置启动残压启动切换模式，母联合闸，母线重新得电，PLC检测电压恢复，复位变频器故障，并启动变频器，变频器再次启动运行正常，此次切换试验在0.6 s内全部完成，系统正常稳定运行。

3.4.2手动切换试验

退出系统快切装置，手动测试切换时间控制在5 s，切换完成后，PLC发出启动命令，但因5 s延时到达触发DCS连锁停车。

通过以上两次试验，采用PLC控制能够有效防止电压暂降风险，同时也能判断出停电风险。

4后期维护与保养

由于变频器属于精密电子仪器，其外部环境因素对变频器的工作状态具有较为强烈的影响。技术人员在对变频器设备进行维护的过程当中，应尽量保障其运行温度在-10 ℃～50 ℃之间，避免温度过低或过高影响其正常运行[6]。可采用通风散热等方式对变频器实施降温，以此提高运行寿命，降低安全事故发生概率。其次是对变频器面板参数的筛查，在变频器工作过程当中，其面板上会对线路与受电设备的输出电流、电压以及电力系统频率等进行显示，技术人员应当定期对变频器工作情况进行监测，对其是否保持了额定功率、面板显示是否正确、数据是否正常等进行分析，以此确保设备的安全生产。

5结语

该小改造针对某变频器在无法实现可靠抗晃电能力的前提下，有效地提高了变频器抗晃能力，并充分考虑了DCS系统联锁的因素，是一起典型的化工企业安全稳定生产的改造项目，为其他化工等生产连续性较高的行业提供了一种抗晃电改造的方法，同时，该方案投资成本低、易于实现、效果明显，有较高的应用推广价值，真正实现变频器稳定运行。

参考文献

[1] 栾赟锋.炼化企业抗“晃电”措施研究[J].机电信息，2020（29）：12-14.

[2] 邹学毅，王菲菲，严建海，等.升压逆变一体化电压暂降治理装置的研制与应用[J].电工技术，2021（11）：129-132.

[3] 金之麟，王旭军，李广吉，等.电压暂降治理方案[J].电气时代，2021（3）：46-48.

[4] 钟庆，熊能，王钢，等.基于电压暂降监测数据分析的配电网故障定位[J].电力电容器与无功补偿，2021，42（2）：97-102.

[5] 王晓颖，韦铁权.基于敏感用户的电压暂降治理设备控制策略[J].设备管理与维修，2020（14）：51-52.

[6] 江友华，谢振刚，刘雪莹，等.设备用户端负荷特性对电压暂降特征值的影响[J].上海电力大学学报，2021，37（1）：27-30.