摘要：将当前大量的敏感电气设备，比如变频器广泛应用在工业领域，不同厂家生产产品的抗暂降能力也略有不同。针对主流厂家生产的变频器抗电压暂降能力开展了测试，得到了不同类型变频器的抗暂降能力。
关键词：电压暂降；变频器；负载；暂降源
中国经济迈入高质量发展阶段，带动了产业结构的升级转换，使得高端制造企业在工业领域占据了重要位置，其中高端自动化设备多已成为用户工业结构的典型特点之一，其电能质量敏感性（尤其是电压暂降）显著提升，给工业过程带来的影响也明显增大[1-3]。目前，广泛存在于各大工业过程中的空气泵、液泵、变速滚轴等电机驱动类环节，通常由交流接触器、可调速驱动器类电压暂降敏感设备控制。机械制造业的数控机床、机械臂、伺服电机等数控设备离不开工控计算机、可编程逻辑控制器类控制器件，这些器件在短时电能质量扰动下极有可能发生数据丢失、归位等问题，造成生产过程中断、废品率上升、人员伤亡等严重事故，给用户带来巨大的经济损失[4-6]。本文针对工业用户使用的主流敏感电气设备开展了抗电压暂降能力测试，通过测试得到不同主流厂家敏感电气设备抗电压暂降能力，为电压暂降事件分析提供数据支持和借鉴。
1测试平台
电压暂降耐受能力测试环境及测试平台如图1所示。暂降源采用AMETEK公司的MX45型程控电源，电压输出范围为0～400V，最大输出功率为45kV•A。数据采集系统为DEWE-510，并与外部显示器连接，监测并记录相关电压、电流、转速和力矩波形。受试的3款变频调试设备（ASD）来自不同生产厂家，设备参数如表1所示[7]。动力电机和负载电机均为ABB变频调速电机，电机铭牌参数如表2所示[8]。抗暂降能力测试步骤如下：a)按照图1所示搭建测试平台，检查各部分设备及整个电路是否能正常运行；b)依据测试计划，设定初始暂降类型为Ⅲ类，负载大小为100%，暂降持续时间与幅值均设置为测试计划中的最小值；c)依据相应步长控制策略对对应条件下断路器对暂降基本特征的临界响应点进行测试，并做好相关记录（每次测试后，应停止10s左右，保证电机完全停转，在完成固定条件下的所有临界点的测试后，应间隔1min进行下一次测试）；d)保持负载大小为100%，波形起始点为0ms，在完成当前状态下的基本特征响应特性测试后，依据测试计划将暂降设置为下一类型，重复步骤c)直至完成测试计划中的所有情况；e)保持暂降为三相暂降，在完成当前状态下的基本特征响应特性测试后，依据测试计划将负荷量设置为下一值，重复步骤c)直至完成测试计划中的所有情况；f)保持暂降为三相暂降，负载大小为100%，在完成当前状态下的基本特征响应特性测试后，依据测试计划将暂降起始点设置为下一值，重复步骤c)直至完成测试计划中的所有情况；g)对获得的原始数据进行整理，并绘制得到断路器的VTC（电压耐受力曲线）。
2敏感电气设备抗暂降能力测试
2.1变频调速装置抗暂降能力特性
额定工况下不同品牌ASD的电压暂降耐受曲线如图2所示，而多数ASD的电压暂降敏感度曲线形状都近似呈“矩形”，且不同品牌的ASD耐受能力存在明显差异[9-10]。由图2可知，所测的3台ASD都能耐受暂降幅值高于80%的暂降事件，而ASD2和ASD3的耐受能力较强，均能耐受暂降幅值为60%以上的暂降事件。当遭受短时中断时，ASD1仅能维持运行约16ms，而ASD2能持续正常运行30ms，ASD3能持续运行62ms。
2.2不同工况下ASD耐受能力差异
本文对3种不同生产厂家的变频器，在不同工况下抗电压暂降能力进行了测试，测试结果如图3所示。通过图3可以发现，负载（ASD工况）是影响ASD敏感度的重要因素。当负载减小时，ASD的耐受能力显著上升。负载会影响电容的放电时间，负载越大，电容放电速度越快，因此，暂降期间直流侧电压降低到低电压保护阈值的时间会越短。如图3a)所示，在额定负载下，ASD仅能耐受16ms的电压中断，而当负载减小到额定值的25%时，ASD能够耐受的时间增加了2倍，ASD可以耐受42ms的电压中断。此外，负载增大也会导致负载电流增大，进而影响直流侧的电压，使得电压暂降结束时过电流保护动作。
2.3不同暂降起始点下ASD耐受能力差异
为了验证暂降起始点对ASD耐受能力的影响较小，分别取0°，45°，90°为电压暂降初始角，负载处于额定工况，电压暂降类型为三相暂降，分别对ASD1，ASD2，ASD3三台ASD进行测试，得到耐受曲线如图4所示。由图4可知，不同波形起始点对ASD1，ASD2，ASD3暂降耐受曲线形状几乎无影响。因此，不同波形起始点对变频器的电压暂降耐受能力影响较小。
3结语
针对不同类型的变频器进行了抗电压暂降能力测试，得出了以下结论。a)在暂降期间，暂降的持续时间越长、暂降幅值越小，对ASD的影响越大。当暂降幅值小于欠压保护阈值时，暂降持续时间超过ASD能够耐受的最大电压中断时间，ASD往往会跳闸。b)电压恢复时，恢复瞬间产生的过电流可能会导致ASD故障停机，该电流与直流侧电容和直流侧电感密切相关。过电流会对ASD耐受能力产生不利影响，其往往决定ASD能够耐受的暂降幅度的阈值。c)负荷对ASD影响较大，负载越大，ASD的耐受能力越弱。对ASD耐受能力的影响主要体现在耐受曲线的垂直部分，往往负载越大，暂降期间直流侧电容电压下降越快，因此会更早触发欠电压保护。d)直流侧电容的存在减小了直流侧电压随着相位的波动，因此，暂降的起始波形点对ASD的耐受能力几乎没有影响。
作者：覃日升 况华 何觅 单位：云南电网有限责任公司电力科学研究院 云南电网有限责任公司 云南电网有限责任公司昆明供电局