变频器防低电压穿越的分析及装置

变频器防低电压穿越的分析及装置Analysis and Device of Frequency Converter Against Low Voltage Crossing

翟\"亮

(郑州商业技师学院，河南郑州455121)

[摘要]随着电网的日益扩大，电力系统出现故障的概率也随之增加，实际应用中由于供电 用户增多、线路复杂等原因，造成电力系统发生瞬时低电压的情况。而今，变频器在工业生产 中的应用越来越多，但低电压会对变频器产生较大的影响，容易引起变频器停运，同时某企业 还发生过因工艺处理不及时而引起的较大安全环保次生事故等。为了保证生产装置连续生产，为企业减少损失以及降低事故发生率，关键变频器控制设备的安全稳定长周期运行显得尤为重 要。分析了低电压对变频器的影响，简要论述了低电压穿越装置的性能、配置技术、工作原 理、试验方法及在变频器中的应用。

[关键词]变频器；低电压穿越系统；分析及装置 [中图分类号]TM921&51

[文献标识码]

B

路 等 成 ， 1 所 。 原

引言

随着电网的日益扩大，供电用户增多、线路 复杂等各种原因，易造成企业变电站内的供电电 网晃电，从而直接影响电网稳定运行。每次电网 出现晃电时，由于变频器整流逆变元件特性的原 因，电源电压下降往往会触发变频器低电压保护， 导致变频器所带设备跳停或者设备损坏，引起生 产系统不同程度的中断或者事故的发生。而电网 发生事故时，电压跌落持续时间较短，因此为了 保证工艺生产的连续性，实现某石化企业聚酯材 料装置的安全、长期、高效生产，变频设备防低 电压穿越研究日趋重要。

先把频率固定的交流电整流成直流电，再把 直 流 电 逆 变 成 频

的

流 电 供 电

机工作。当某种原因引发变频器输入动力电 源 发 生 低 电 压 时 ，

供 逆 变

的

能量，触发变频器控制单元的保护，引起变频器 停 运 行， 方面的原因。

变频器低 电 压停

1变频器低压失电分析

变 频 器

流 器 、 逆 变 器 、

电

图1

变频器工作原理图

《仪器仪表与分析监测》2019年第2期

1.1外网电压波动引起低电压

以西门子MM440系列变频器为例，正常情况 下变频器三相输人电压有效值为395V左右，经整 流器整流后的直流电压UreB均值为490V左右， 当输人线电压在±10%范围波动时，变频器均可以正 常运行，当线电压波动幅度较大，且持续一定时间， 变频器会发生低电压保护动作。而发生这现象的常 见问题有雷击、变压器超载、供电线路故障等。1.2用电负荷突变引起低电压

由于装置区内大功率的用电设备突然启动、 线路过载等情况发生时，也会发生电压降低，导 致频器会发生低电压保护动作。

2低电压对变频器影响的分析

目前常用的变频器有富士、安川A1000、西门

子 M440、ABB ACS550、 ABB ACS510、ABB

ACS800等系列，主要为低压变频器。2.1低电压穿越情况分析

1)

电网线路短路或者接地、雷击等，单相接

地故障最为常见，接地时电网出现“晃电”情况。

2)

电网系统正常运行时，由于供电用户多、线路复杂，引起电压出现短时较大降幅，会 造成电网出现“晃电”情况。2.2低电压穿越对变频器的影响

变频器在电力系统中应用广泛，但低压变频 器抗低电压穿越能力相对较差，在电网电压发生 晃电时会不程度地引起变频设备跳停。2016年， 某企业因外供电线路“晃电”导致变频器所带设 备跳车达5次之多，其中最严重一次该企业新材 料CP装置跳停20台变频设备，系统大面积停 运 ，

。

发现变频 器

的故障代码为：欠电压。查看变频器的欠电压阈 值直流430V，因该值内部固化，无法修改。

3低电压穿越的解决方案

变频器低电压穿越一般是由于低电压引起控

制回路失电，或者变频器中间直流回路低电压引 起。由于变频器逆变器固有的温升特性决定了变

24

频器必须有过/欠电压、过电流、短路保护等，当 电压低于变频器低电压保护值阈值VDC-min时必 须停机。而发生低电压穿越的时间通常很短暂， 考虑到晃电对供电系统的影响，研制了一种变频 器防低电压穿越装置。

3.1低电压穿越装置的性能分析

低电压穿越装置，利用现代直流功率变换、现 、

等

、

变频器

电网故障/备自投切换时的低电压跳闸问题，从安 全、可靠、先进、实用等方面进行充分考察及论证。

低电压穿越装置可以有效防止火灾、电力故 障、通信故障、漏水、雷击、非法侵人等造成的 安全事故，在关键器件N+1冗余配置等有效措施 提高B均无故障时间（MTBF)，降低B均修复时 间（MTTR)，同时具有良好的可扩展性、强大的 人机交互功能，经过综合分析对比，低电压穿越 装置可以很好地满足企业需求。3.2低电压穿越装置技术说明

低电压穿越装置主要由显示单元、低电压穿

越装置电压暂降保护模块、BC-MASTER主监控

单元、电力电源监测软件、直流配电回路、储能

及储能管理系统、PQR分析仪、柜体构成。

1)

显示单元主要用于显示交流电压、直流输

出电流、运行指示、故障指示、晃电SOE记录、 充电电压、单只电池电压等。

2) BC-MASTER主监控单元主要是监控整个 低电压穿越装置，监测交流输人电压、直流输出 电流、低电压穿越时间、充电系统运行状况、电 池电压状况等。

3)

直流配电回路主要包括热磁脱扣过流保护

断路器、快熔、隔离单元、放电检测等。

4) PQR分析仪是专门用于检测电网中发生电压 暂降、电压中断和电压谐波等电能质量问题的高精度测试 仪器，可以帮助用户查找和定位电源故障点，预测

并防止三相和单项配电系统的问题，可以在线实时 监测电能质量状况，利用屏幕上显示的趋势图和捕 获的事件，及在后台记录的数据，能快速诊断故障。

低电压穿越系统装置结构原理图如图2所示。

增 变频器防低电压穿越的分析及装置翟培亮

图2低电压穿越系统装置原理图

3.3低电压穿越装置的工作原理

低电压穿越系统工作流程图如图3所示，交 流输入电源通过充电装置向电池组充电，电池组 一方面由电池巡检仪对电池组的运行进行检修监 视，另一方面电池组向VSP模块供电，而信号采 集、上位机、主监控通过控制发生命令给执行单 元从而给负载供电。

3.4低电压穿越装置与变频器连接及试验方法

改造完成后的低电压穿越装置与变频器的连 接示意图，如图4所示。

图4低电压穿越装置与变频器的连接示意图

变频器正常工作时，切断三相交流输入电 源，系统自动切换成蓄电池直流供电，保证在规 定的时间内变频器及电机不间断运行，其中变频 器频率以及电机转速无变化。然后送上三相交流电 源，变频器及电机继续运行于交流电源工作状态。

图3

低电压穿越系统工作流程图

交流输入电压正常时，变频器的输入电压、

25

-

《仪器仪表与分析监测》2019年第2期

输出电压、直流母线电压和控制电源电压均正 常，变频器正常运转，低电压穿越装置不投入运 行，处于热备用状态。在电网电压发现低电压穿 越时，变频器的输入电压出现电压异常，引起变 频器出现欠电压的情况，一般欠电压阈值VDC-min 直流430V $不同型号的变频器欠电压阈值不一 样％，此时低电压穿越装置装置自动投入运行确 保输出电压、直流母线电压和控制电源电压保持 正常，保证变频器正常工作。在输入交流电压恢 复到正常电压时，变频器的输入电压恢复正常 时，低电压穿越装置自动退出运行，变频器切换 为正常交流供电，变频器与设备都正常运转。电 压暂降保护装置单次可维持40,以上。

4结束语

低电压穿越装置，采用先进的技术,经济合 、

用 。

的

投 入 维 持 常 运

行，降低运行成本。自低电压穿越系统投入以 来，当电网发生晃电时，低电压穿越装置可以维 持变频器持续运行时间不低于40,;当电网电压 恢复时，低电压穿越装置自动退出工作状态，转 为热备状态。有效避免了变频器在电网发生低电 压时

的

。

图5为发生晃电时，电能质量分析仪实时记 ， 可以

。

-26

-

图5查询数据记录

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程，

计

应