摘要：本文從實(shí)際出發(fā)較系統(tǒng)地分析了變頻器在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的幾種過電壓以及抑制方法，可以較好地應(yīng)用在變頻器的設(shè)計(jì)和使用過程中，保護(hù)變頻器的安全。
關(guān)鍵詞：變頻器 變壓器 過電壓 研究
abstract：
The technology article analyses manifold over-voltages by the numbers
when inverter working, and analyses how restrain over-voltage .These
methods restraining over-voltage are useful in designing and using
inverter and protect safety of inverter.
Key words： inverter transformer over-voltage researching
在我們的實(shí)際工作中，經(jīng)常會(huì)碰到各種各樣的過電壓，特別是高壓大功率變頻器中使用了功率較大的變壓器，在運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)各種過電壓而引起系統(tǒng)運(yùn)行異常，需要我們對這些過電壓進(jìn)行限制或克服。
下面我們對變頻器在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的過電壓進(jìn)行分析：
一、分?jǐn)嗫蛰d變壓器出現(xiàn)的過電壓
按照截流過電壓形成的理論，當(dāng)斷開空載變壓器時(shí)，變壓器電感中的電流不能突變，其中存儲(chǔ)的磁場能量，在變壓器勵(lì)磁電感L和對地電容間形成振蕩，從而出現(xiàn)過電壓。
設(shè)計(jì)得移相變壓器最大過電壓峰值為：
Um=14.5 1.414Un=123KV
由以上計(jì)算知道，由于變頻器中得變壓器在分?jǐn)鄷r(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的分?jǐn)噙^電壓，因此必須想辦法吸收這些過電壓。
二、合空載變壓器產(chǎn)生的過電壓
對于合空載變壓器產(chǎn)生涌流過電壓，理論上只有在做變壓器空合閘試驗(yàn)中出現(xiàn)，而在實(shí)際的變頻系統(tǒng)中基本上是不存在的，因?yàn)樽儔浩骰旧隙际菐ж?fù)載合閘。
我們在實(shí)際試驗(yàn)中合空載變壓器曾檢測到數(shù)倍于電源電壓的過電壓，其物理原理為：空載變壓器仍可等值于一個(gè)勵(lì)磁電感與變壓器本身的等效電容的并聯(lián)，如果變壓器的中性點(diǎn)不接地，開關(guān)又是非同期合閘（一相或兩相先合），由于饋線電容、變壓器對地電容、縱向電容與變壓器電感產(chǎn)生振蕩，結(jié)果產(chǎn)生較高的過電壓，特別是后合相及變壓器中性點(diǎn)過電壓較高。其等值運(yùn)算和過電壓波形.
一般情況下，在合閘的瞬間由于電磁場由零磁通突然產(chǎn)生變化，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，通過分布參數(shù)會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，如果在合閘瞬間的頻率和幅值剛好滿足自激的條件，變壓器會(huì)產(chǎn)生較高的自激電壓而產(chǎn)生較高的過電壓，由于變壓器等效電路中的電阻對自激能量的吸收作用，這個(gè)電壓會(huì)在合閘后數(shù)周波或者幾秒內(nèi)逐步衰減到零，但是對于特別大的變壓器，這個(gè)減幅振蕩可能會(huì)維持?jǐn)?shù)秒鐘，合閘瞬間的自激電壓及減幅振蕩波形如下圖2，因此對于合閘中的涌流過電壓也因該引起高度重視。
某供電所對一臺(tái)S-90000/220 變壓器進(jìn)行了空合閘試驗(yàn)，對過電壓進(jìn)行了實(shí)測。
中性點(diǎn)過電壓KV 234 倍數(shù)1.84uφ
未合相過電壓KV 528 倍數(shù)2.95 uφ
斷路器，不同期時(shí)間 20ms；
中壓側(cè)過電壓倍數(shù) 3.1 倍；
低壓側(cè)過電壓倍數(shù) 6.2 倍。
由此得出結(jié)論：變壓器中性點(diǎn)不接地，斷路器三相非同期合閘時(shí)過電壓很，高尤其是后合閘的線圈。變壓器副邊（低壓側(cè)）過電壓倍數(shù)很高。
對這類過電壓改善辦法：
1. 中性點(diǎn)接地，或先將中性點(diǎn)刀閘合上后再合變壓器，最后斷開中性點(diǎn)。
2. 改善斷路器的同期性，防止非同期合閘引起較高過電壓。
三、變壓器帶單元合閘產(chǎn)生的過電壓
根據(jù)上述理論分析及案例我們知道，變壓器帶上負(fù)載后合閘也會(huì)產(chǎn)生過電壓，只是相對空載時(shí)要小些。在我們的真實(shí)負(fù)載中有比較大的電容，由于電容的儲(chǔ)能不會(huì)突然增加，再加上輸送電纜在傳輸高頻率的振蕩電壓時(shí)有分布對地電容，這些電容對過電壓有吸收作用。這兩者的共同作用使變壓器在合閘過程中的過電壓受到抑制，但是有時(shí)候其數(shù)值仍然很高，甚至有可能高出元件的耐壓值，這是很危險(xiǎn)的。因此我們采用增加器件耐壓和增加過電壓吸收電路的辦法克服合閘過電壓。
四、整流元件的換向過電壓
五、過電壓的抑制
1. 變頻器移相變壓器的分?jǐn)噙^電壓抑制
對于變頻器移相變壓器的分?jǐn)噙^電壓，我們采用阻容吸收網(wǎng)絡(luò)和氧化鋅避雷器組成過電壓吸收回路，取得較好效果。
阻容吸收網(wǎng)絡(luò)的作用：變壓器回路的電容器由于其儲(chǔ)能作用，不允許電路中的電壓突變，可有效地減緩過電壓上升陡度，同時(shí)又可降低負(fù)載的波阻抗，因而降低分?jǐn)噙^電壓。電阻R的作用是當(dāng)發(fā)生分?jǐn)噙^電壓時(shí)，它在負(fù)載電路的高頻振蕩中使能量消耗，有效地抑制過電壓值，同時(shí)使過電壓加速衰減。
避雷器的作用：回路中的避雷器能限制過電壓的幅值，但不能減緩過電壓上升陡度。
雙避雷器的作用：采用雙避雷器的作用是如果變壓器遭受到大氣雷電過電壓，前級避雷器放電后仍有可能存在較高的殘壓，這時(shí)可以由第二級避雷器來繼續(xù)限制前級避雷器產(chǎn)生的殘壓。實(shí)際使用中，6KV避雷器5KA放電后的殘壓仍高達(dá)26.9KV，仍高于變壓器的絕緣水平，這時(shí)應(yīng)用第二級避雷器對過電壓進(jìn)行第二次抑制，使得系統(tǒng)安全正常工作（第二級避雷器的保護(hù)閾值應(yīng)低于第一級的避雷器保護(hù)閾值）。
2. 合空載變壓器產(chǎn)生的過電壓限制
采用特殊設(shè)計(jì)的移相變壓器，使其設(shè)計(jì)參數(shù)符合低涌流倍數(shù)的技術(shù)要求。目前我們設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的變壓器都屬于低涌流倍數(shù)變壓器，保證了系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)橛苛鬟^電壓而出現(xiàn)運(yùn)行故障。一般我們要求系統(tǒng)的主斷路器電流的整定值和跳閘時(shí)間的整定值應(yīng)有一定的延遲，如使斷路器的整定時(shí)間td≥ 0.3秒，不要讓開關(guān)時(shí)間整定為td≥ 0。
3. 變壓器帶單元合閘產(chǎn)生的過電壓的抑制
合閘空載變壓器的過電壓只是在對變壓器作空載合閘試驗(yàn)時(shí)碰到，因此具有實(shí)際意義的是對變壓器帶單元合閘過電壓的抑制。
以下方法都是有效的辦法，建議復(fù)合選用：
（1）選用同期性能好的開關(guān)（開關(guān)長期操作后會(huì)出現(xiàn)不同期）。
（2）采用良好的阻容吸收回路或者有源抑制器技術(shù)方案。
采用帶靜電屏蔽措施的變壓器，可以有效地抑制合閘過電壓。但是大功率變壓器在制作靜電屏蔽層的難度將是相當(dāng)大的。
4. 整流元件的換向過電壓抑制
前面已經(jīng)介紹了整流元件過電壓抑制的辦法，注意點(diǎn)是：整流元件的反向耐壓值要足夠，其次就是吸收回路和續(xù)流回路必須措施得當(dāng)。否則整流器件就有可能被過電壓擊穿。
5. 從變壓器設(shè)計(jì)上來減小過電壓的方法
由于變頻器工作時(shí)的過電壓基本上是變壓器分閘合閘時(shí)產(chǎn)生，因此應(yīng)該從變壓器開始想辦法抑制變頻器的過電壓。從公式（4）我們可以得到抑制變壓器過電壓的有效辦法，可以從理論上指導(dǎo)我們從根本上減小變頻器運(yùn)行時(shí)的過電壓：
（1）加大變壓器勵(lì)磁電感和對地電容：
加大勵(lì)磁電感即減小空載電流，這都會(huì)引起變壓器成本的增加。
（2）加大變壓器對地電容：原理上容易分析，但是實(shí)際上由于變壓器本身的結(jié)構(gòu)和材料限制，要想做出任意絕緣方式或絕緣等級的變壓器是不太可能的，因此要想較大地增加變壓器的對地電容C也是相當(dāng)困難的。
總之，變頻器在分閘和合閘過程中都有可能會(huì)產(chǎn)生較高的過電壓，只有將多種防止過電壓的措施聯(lián)合起來使用，才有可能徹底克服變頻器在使用運(yùn)行過程中的過電壓，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 |
