浅谈AVC在变频驱动电机上的应用

梁力

（茂名天源石化有限公司，广东 茂名 525000）

电网因雷击、台风、短路、误操作、发电厂故障及其他外部、内部原因造成电网短时间供电系统电压突然下降或上升，且超出正常的电压偏差允许值，然后又返回到正常的电压水平，茂名电网发生波动最多的是电压的突然下降，俗称“晃电”或“电压暂降”。而电网“晃电”造成的机泵停车，会导致连续生产流程发生紊乱、产品不合格、非计划停工等损失，石化行业由于工艺要求复杂，安全生产连续性强，对产品质量要求高，晃电造成停车后，需要几天甚至十几天才能恢复正常生产，停工带来的直接和间接经济损失较大，并且可能带来严重的安全隐患。

1 “晃电”扰动来源分析

近年来，中国电力发展步伐不断加快，电网系统输电电压等级不断提高，网络规模不断扩大，形成大型甚至超大型的输配电网络架构。此种架构型式有利于保证长期供电的稳定性，但由于输电距离长、范围广、耦合性强等因素致使构架中任意一点出现故障都会造成全网扰动，这是导致电压暂态扰动故障发生频次不断提高的原因之一。

电力系统的电压暂态扰动（俗称晃电），主要体现为3种形式：电压暂升、电压暂降、短时中断。通常会持续0.5个周波至几秒之间。统计表明，在所有电压暂态扰动事件中，发生电压暂降的几率最大，约占70%；短时中断的几率约占25%，电压暂升的几率约占5%。电压暂态扰动的发生，来源于几个可能：相邻的大负载启动，系统的无功补偿系统投切，系统重合闸，自然界风暴雷电恶劣天气等等。由于工业电网处于配电网络的末端，大量各种类型的负荷汇聚于此，任何一点发生短路、单相接地、闪络等故障，或者经受大型负载启动冲击，都会导致厂内的供电电压发生暂态扰动。由此可以理解，电压暂态扰动不可避免，而且一直是石油化工行业的难题。

2 电网“晃电”对变频电机的影响及原因分析

电压波动在电力系统中是客观存在，不可避免，特别是夏季台风雷雨多发季节，如2010年台风正面袭击茂名地区，就给乙烯装置的正常生产带来极大的冲击，据粗略统计“晃电”次数达10次以上，2#聚丙烯整套装置全停，当时由变频器驱动的切粒机也不能幸免地晃停，之后由于电网晃电该电机又出现3次跳停，切粒机属于2#聚丙烯后段工艺的重要设备，切粒机作用是将原料切成微小的颗粒，在送料和高速切割过程中不允许停机，根据工艺车间反映，此工艺段因电压暂降造成的单次意外停产损失如下：（1）原料报废损失为十几万。（2）刀具设备损失约8万。（3）重启生产线需要几个小时，停产间接损失无法估计。

该电机的额定功率、转速、电流、电压分别为216kW、600r/min、415A、380V，使用1台ABB-ACS800变频器进行驱动。不过变频器的抗晃电能力差，主要由其运作原理或者控制原理所确定，变频器主要会进行接通、触发以及断开这3项过程，若是系统由于晃电而促使电压过低，变频器晶闸管将会由于同步脉冲丢失或者正向电压太低而断开，进而促使变频器出现电压过低跳闸现象。所以，切粒机在出现晃电情况之时，怎样确保其供电的稳定性，是促使装置能够持续生产这一目标得以实现的重要问题。

3 改造的可行性分析

3.1 切粒机原来的抗晃电措施

变频器有整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分，简单说由主回路和控制电路构成，但是切粒机ABB-ACS800变频器的控制电路的核心为1块24V控制板，其电力能源是由源自变频器之内直流回路的开关电源供应，若是电源电压发生变动，就有可能会导致24V控制板电压过低，从这一问题出发，2011年左右把变频器的24V控制版电源更改成由UPS给予供电，不过这一做法只能够使控制电路中存在的抗晃电问题得到处理。并且，变频器的低电压现象通常表示主回路之中的直流回路低电压，也就是逆变器中流入的电压太低，对此问题一般通过将低电压跳闸阀值适当调节降低的方式进行处理，通过查阅ABB-ACS800变频器的参数，得知该变频器的中间直流电压为540V，其内部保护参数的“低电压跳闸定值”已设为“306V”，是540V的56%，经查看ABB变频器说明书并咨询厂家，此参数不可变动。此外，ACS-800这一型号的变频器逆变器件是IGBT，当处于失压或停电之后，能够让变频器再接着工作一小段时间td，如果失压或停电的时间to＜td，变频器就能够持续保持运行状态；如果to＞td，变频器将会出于自我保护，出现停止运行的情况。通常td大多为15～25ms，这个时间很短，相当于瞬时就跳闸，而本厂最近几年出现的电网电源“晃电”时间通常处于100～500ms的范围之内，并且出现晃电时电压降低的程度可能更大，在此状况下，变频器即便改变了有关参数，同样也会由于低电压保护而跳闸，这同时也是切粒机由于晃电而受到影响的主要原因。所以，怎样保障切粒机变频器电源的稳定供应是处理晃电问题的切入点。

3.2 新的抗晃电设备的可行性分析

经过一系列的学习交流，对ABB公司最近几年所推出的动态电压调节器PCS100 AVC专门面向“电压暂降”问题，可以保障敏感负载不会受到电压干扰的影响，是一项能够促使设备的抗晃电能力得到增强的新式产品。其运作原理为：AVC串联在供电电源与受保护的负载之间，能够实时监测输入电源一侧的电压状态，只要发现供电电压与额定电压存在偏差，AVC就能通过IGBT逆变器和注入变压器立即输入相对应的补偿电压，对欠压低于标称电源电压90%的三相电源连续调节，对过压不超过标称电源电压110%的三相电源连续调节，AVC不需要具备电池、电容等能量存储元件，这是由于其从电网之中所吸取的额外能量用于提供电压调整。AVC的响应能力较快、安全性强、运作耗资少、电压暂时降低补偿时间长，按照系统电网与负载的变化状况，最终选择30%调整式的PCS100 AVC。

4 改造的具体操作

由于AVC的额度不高，输出电流为577A，切粒机的额定电流为451A，而日常处于正常运作状态时，其电流大约为200A，并且还留有很多的容量，由于处于统一重要地位的负荷——2#聚丙烯挤压系统主要设备的加料盘，它供电给挤压线的粉料添加剂单元，有20台小功率的电机，在其中的7台电机所用的驱动设备为小型变频器，13台使用接触器对其加以控制，会由于系统电波变动情况而产生较大分压，在每次晃电问题发生时，都会因为电机停止工作而导致2#聚丙烯挤压线停车的问题，在充分计算和分析之后，我们决定将2#聚丙烯挤压配电间的切粒机变频器和加料盘的电源采用由AVC来进行供电的方式，虽然AVC技术成熟，性能可靠，但也会发生故障，研究决定在装设AVC配出柜之外，还应当在AVC控制柜的附近增添一个旁路柜，一旦AVC发生故障，能够立即切换至维修旁路：当其处于正常运行状态时QF1、QF3闭合，QF2断开；切换带维修旁路的流程：首先，闭合QF2，再断开QF3、QF1。这样便可以不对切粒机和加料盘的正常电力供应带来影响。

5 改造后的效果

2011年5月，对2#聚丙烯装置切粒机变频器和加料盘进行由AVC供电的技术改造之后，使得电机的抗晃电能力得到显著提升，在当年6月29日由于外电网线路发生故障而造成的系统电压波动之时，切粒机、加料盘配出电机都没有由于这一故障而出现停机，AVC事件记录界面中显示出下述信息：

时间：2011年6月29日16:17；

暂降持续时间：150ms；

补偿前：65%（U相），70%（V相），44%（W相）；

补偿后：85%（U相），85%（V相），73%（W相）。

上述信息表明，AVC获得了较好的成效，并且也证实了一旦碰到此类晃电问题之时，若依靠变频器“控制电路由UPS供电”和“低电压保护”无法有效保障切粒机持续、稳定的运行。

6 结语

经过此次技术改造，2#聚丙烯挤压系统内关键设备的抗晃电能力都得到了明显的提升，这一举措对于生产设备安全、稳定、长期使用以及长远的经济收益都带来了巨大的促进作用，同时对于1#聚丙烯或是其他的一些装置核心设备的抗晃电改进具有较佳的意义。