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电机节电器变频器驱动带来的隐患
电机节电器变频器驱动带来的隐患
 

    交流电机是主要的用电设备。在国家节能降耗政策的引导下,电机的节电器改造项目越来越多。对于风机、水泵、油泵、压缩机等设备,用变频器驱动电机能够获得显著的节电效果。但是,用变频器等节电器改造后,带来了一些不良的后果,这些后果往往给企业带来了麻烦,甚至造成的经济损失抵消了节电器获得利益。

电机节电器带来的不良后果包括:

◆ 对配电系统产生不良影响,主要现象是,无功补偿装置出现故障甚至烧毁,变压器过热,跳闸;

◆ 对电网上的,或邻近的,电子设备/仪表/计算机形成干扰;

◆ 损伤电机,造成电机的定子或轴承等损坏,缩短电机的寿命;

其中,配电系统的故障是最常见的现象。例如,2009年,某小区的热力供应站用了节电器后,主要内容是将两台鼓风机改为变频器驱动。原来用节风门来控制风量,造成了很大的电能浪费。改造后,通过调节风机的转速来调节风量,取得了显著的节电效果,节电率达到了50%以上。但是很快就发现无功补偿装置的保险频繁烧毁,导致项目不能通过验收。

原因分析:

这是一个十分典型的谐波故障现象。因为变频器工作时产生5、7、11、13等次的谐波电流。这些谐波电流对无功补偿装置的损伤机理有两个。

谐波电流损伤无功补偿装置的机理一:

  大家知道,电容的容抗与流过电容的电流的频率成反比。由于谐波电流的频率较高,因此电容对于谐波电流呈现比基波电流更低的容抗。因此,谐波电流更容易流过电容。也就是,电容中往往流过比基波电流更大的电流,造成电容支路过流。另外,谐波电流流过保险丝和电容时会导致更大的热量(趋肤效应),因此会导致无功补偿装置出现过流的故障现象。

谐波电流损伤无功补偿装置的机理二:

这个机理的情况更常见。这是因为谐波电流在无功补偿装置与变压器构成的回路中发生了谐振。

  在电力系统中,变压器与无功补偿电容构成了一个LC并联电路,如图1所示。这个电路有一个固有的振荡角频率f0,当谐波电流的频率与f0相同时,LC并联电路就发生了谐振现象,电流在LC回路中逐渐增大,一直达到某一个很大的数值。这个很大的数值就是发生谐振的谐波电流Q倍。Q称为LC并联电路的Q值,一般为10~15。这样大的谐波电流就会导致无功补偿装置烧毁。

补偿装置与变压器构成的并联谐振电路

  图1 无功补偿装置与变压器构成的并联谐振电路

解决办法:

解决这个问题的简单方法就是消除变频器产生的谐波电流。具体方法是在两台变频器的电源输入端各安装一台谐波滤波器。

安装滤波器后,在滤波器的电源输入端测试,总谐波电流畸变率为8%以下。系统实际运行状况良好,经过一个冬季的运行,没有出现故障现象。无功补偿装置运行正常,功率因数达到0.98以上。

启示:

  通过这个案例,可以获得一些有益的启示,在将工频电机改为变频器驱动时,一定要考虑变频器的谐波电流可能带来的危害。主要内容包括:原来的无功补偿装置是否能够在谐波电流的环境下正常工作。如果原来的无功补偿装置没有采取抗谐波措施,必须在变频器的电源输入端安装谐波滤波器,以消除隐患。因为,系统谐振严重时,不仅会损伤无功补偿柜,还可能会损伤变压器,造成更大的损失。

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