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(guò)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(guò)程中，保護(hù)變頻器的安全。
關(guān)鍵詞：變頻器 變壓器 過(guò)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(guò)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(guò)電壓而引起系統(tǒng)運(yùn)行異常，需要我們對(duì)這些過(guò)電壓進(jìn)行限制或克服。
下面我們對(duì)變頻器在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的過(guò)電壓進(jìn)行分析：
一、分?jǐn)嗫蛰d變壓器出現(xiàn)的過(guò)電壓
按照截流過(guò)電壓形成的理論，當(dāng)斷開(kāi)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(chǎng)能量，在變壓器勵(lì)磁電感L和對(duì)地電容間形成振蕩，從而出現(xiàn)過(guò)電壓。
設(shè)計(jì)得移相變壓器最大過(guò)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^(guò)電壓，因此必須想辦法吸收這些過(guò)電壓。
二、合空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓
對(duì)于合空載變壓器產(chǎn)生涌流過(guò)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?cè)趯?shí)際試驗(yàn)中合空載變壓器曾檢測(cè)到數(shù)倍于電源電壓的過(guò)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(kāi)關(guān)又是非同期合閘（一相或兩相先合），由于饋線(xiàn)電容、變壓器對(duì)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(guò)電壓，特別是后合相及變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓較高。其等值運(yùn)算和過(guò)電壓波形.
一般情況下，在合閘的瞬間由于電磁場(chǎng)由零磁通突然產(chǎn)生變化，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，通過(guò)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(mǎn)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(guò)電壓，由于變壓器等效電路中的電阻對(duì)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(duì)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(duì)于合閘中的涌流過(guò)電壓也因該引起高度重視。
某供電所對(duì)一臺(tái)S-90000/220 變壓器進(jìn)行了空合閘試驗(yàn)，對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行了實(shí)測(cè)。
中性點(diǎn)過(guò)電壓KV 234 倍數(shù)1.84uφ
未合相過(guò)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(guò)電壓倍數(shù) 3.1 倍；
低壓側(cè)過(guò)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(guò)電壓很，高尤其是后合閘的線(xiàn)圈。變壓器副邊（低壓側(cè)）過(guò)電壓倍數(shù)很高。
對(duì)這類(lèi)過(guò)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(kāi)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(guò)電壓。
三、變壓器帶單元合閘產(chǎn)生的過(guò)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(guò)電壓，只是相對(duì)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(duì)地電容，這些電容對(duì)過(guò)電壓有吸收作用。這兩者的共同作用使變壓器在合閘過(guò)程中的過(guò)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(guò)電壓吸收電路的辦法克服合閘過(guò)電壓。
四、整流元件的換向過(guò)電壓
五、過(guò)電壓的抑制
1. 變頻器移相變壓器的分?jǐn)噙^(guò)電壓抑制
對(duì)于變頻器移相變壓器的分?jǐn)噙^(guò)電壓，我們采用阻容吸收網(wǎng)絡(luò)和氧化鋅避雷器組成過(guò)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(guò)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^(guò)電壓。電阻R的作用是當(dāng)發(fā)生分?jǐn)噙^(guò)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(guò)電壓值，同時(shí)使過(guò)電壓加速衰減。
避雷器的作用：回路中的避雷器能限制過(guò)電壓的幅值，但不能減緩過(guò)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(guò)電壓，前級(jí)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(jí)避雷器來(lái)繼續(xù)限制前級(jí)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(jí)避雷器對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行第二次抑制，使得系統(tǒng)安全正常工作（第二級(jí)避雷器的保護(hù)閾值應(yīng)低于第一級(jí)的避雷器保護(hù)閾值）。
2. 合空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)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?cè)O(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^(guò)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(kāi)關(guān)時(shí)間整定為td≥ 0。
3. 變壓器帶單元合閘產(chǎn)生的過(guò)電壓的抑制
合閘空載變壓器的過(guò)電壓只是在對(duì)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(duì)變壓器帶單元合閘過(guò)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(kāi)關(guān)（開(kāi)關(guān)長(zhǎng)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(guò)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(guò)電壓抑制
前面已經(jīng)介紹了整流元件過(guò)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(guò)電壓擊穿。
5. 從變壓器設(shè)計(jì)上來(lái)減小過(guò)電壓的方法
由于變頻器工作時(shí)的過(guò)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(kāi)始想辦法抑制變頻器的過(guò)電壓。從公式（4）我們可以得到抑制變壓器過(guò)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(guò)電壓：
（1）加大變壓器勵(lì)磁電感和對(duì)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(duì)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(jí)的變壓器是不太可能的，因此要想較大地增加變壓器的對(duì)地電容C也是相當(dāng)困難的。
總之，變頻器在分閘和合閘過(guò)程中都有可能會(huì)產(chǎn)生較高的過(guò)電壓，只有將多種防止過(guò)電壓的措施聯(lián)合起來(lái)使用，才有可能徹底克服變頻器在使用運(yùn)行過(guò)程中的過(guò)電壓，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 |
