摘要：炼化企业对生产的连续性要求非常高，给装置配套生产装置供电的中压变频器故障停运则就会造成装置重要设备停车，从而导致整个装置停工，甚至可能导致事故的发生。而提高中压变频器的供电可靠性，就是我们电气行业应当重点关注的问题。文章通过介绍了利用安装压敏电阻，实现了对变频器的过电压保护，从而提高了设备的供电可靠性，保障了企业的连续生产。
关键词：中压变频器；过电压；压敏电阻；
引言
我公司重要生产装置--汽油加氢装置，其循环氢压缩机配套由ABB公司生产制造的ACS5000型中压变频器供电。设备投运以来，几年内先后出现过几次控制板件故障的情况，都造成了设备停运、装置停工的重大损失，后经查，发现系过电压所致。为解决这一问题，电气维护人员利用加装压敏电阻，消除了过电压，保护了设备的电力电子元器件，也保障了设备的安全平稳运行。
正文
一、提出背景及需要解决的问题
生产装置重要负荷循环氢压缩机配套中压变频器投用的两年时间内，出现过3次因为过电压而造成电力电子元器、控制板件烧毁的故障。每次故障都会严重影响装置生产，根据现况消除过电压，保护电力电子元器件和控制板件是本次改造的目标。
通过对该中压变频器的运行原理分析可以得知，变频器正常工作时IGCT处于高频导通状态，电流变化率很高，电能从一种电磁状态过渡为另一种电磁状态。在这种过渡过程中会出现电磁振荡，致使设备上出现过电压。还有一种过电压来自于外部。当电动机在运行状态时，当工艺需求需要电动机减速时，变频器给定转速后电动机转速不可能立刻降下来，此时电动机转差率为负，产生的电磁转矩制动转矩，电动机处于发电状态，对变频器反向供电。此时电能通过逆变系统的IGCT反并联续流二极管对直流电容充电，导致中压变频器直流母线过电压，进而导致逆变部分过电压。通过对2015年发生的一次控制板件烧毁故障分析可以发现，烧毁的主要原因就是过电压。当过电压发生时有大量的电流通过EMC流经，通过EMC会使电流增大，从而流经控制板件时导致板件击穿烧毁。此时过电压同样影响直流母线的电压，从而造成其他电力电子器件损坏。
二、解决的方案
针对过电压保护的器件有很多，通过参数比对后发现，可选择压敏电阻作为消除器件。随后在与ABB公司确认后，他们认同了此种选型方案。之所以选择ZnO压敏电阻是因为其非线性类似于齐纳二极管，它可以对两个方向的过电压等同抑制，相当于两只反并联的齐纳二极管（图1所示）。
图1：ZnO压敏电阻伏安特性曲线
从ZnO压敏电阻的伏安特性曲线可以知道，并联设备在正常运行时，压敏电阻电流很小，阻值很大。当端电压接近标称电压或超过时，电流立即增大，消耗电能。超过的电压越大，电流越大。当端电压降低时，电流也同时降低，降低至标称电压，其阻值也恢复。良好的耐压和吸收性，使得其成为首选对象。通过计算，选择了EPCOS S20K550型压敏电阻，其参数Vrms=550V Vdc=745 Pmax=1W。
确定了采用ZnO压敏电阻作为过电压保护器件，安装在哪成为了要解决的问题。考虑到分析结论，从预防母线过电压出发。ZnO压敏电阻应该安装在直流电容前，也就是直流充电部分，这样可以更好地抑制直流电容两端的过电压。当过电压时电阻会吸收给直流电容充电的电能，防止直流母线电压升高，从而达到保护的作用。而后我们将压敏电阻安装到直流充电回路变压器的低压侧，因为直流回路的升压变压器是将AC 380V升压至5500V，如果安装在高压侧需使用很大容量的压敏电阻。因为压敏电阻残压特性，大容量的压敏电阻直接加装在直流电容侧，对系统会产生较大影响，并且成本升高。根据设计方案，进行施工改造。图2中红框处三相电源线路即为压敏电阻安装位置，采用了三相三角接法，三只压敏电阻分别承担三相线路过电压任务，电阻之间相互不影响。可以实现过电压的保护工作。确定了保护器件的型号和安装位置，随后我们进行仿真实验，以保证加装的保护器件在不影响其他单元情况下可以发挥其作用。仿真过程中我们使用了Matlab/Sumlink软件进行仿真。仿真结果在预期效果内。
图2 Matlab/Sumlink仿真
随后，电气维护人员利用装置停工检修之际，在设备停机状态下，对设备进行了安装改造。并在ABB公司工程师对设备定期保养期间，对加装的压敏电阻进行了检测实验，以确保改造的可靠性和有效性。
三、结束语
随后，维护人员对效果进行了评估：从改造结束到投用后连续运行的12个月，设备运行期间再未发生任何故障，运行平稳。因此可以看到，通过压敏电阻的加装，很好地解决了曾经因过电压而经常导致电力电子元器件损毁和控制板件烧毁的问题，消除了设备隐患缺陷，进一步提高了中压变频器的的供电可靠性，也为公司装置的连续生产和最终盈利做出了有力保障。
论文作者:张宁
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/16
标签：过电压论文; 压敏电阻论文; 变频器论文; 设备论文; 装置论文; 控制板论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第15期论文;