南方某金屬礦山φ7.9 m×13.6 m雙驅(qū)溢流型球磨機采用變頻雙邊同步驅(qū)動，電動機采用交流無刷勵磁同步電機兩臺，輸出功率2×8 500 kW，電動機極數(shù)34極，額定電壓10 kV，額定電流510 A，轉(zhuǎn)速176.5 r/min，額定頻率50 Hz；兩臺變頻器型號為TMdrive-MVG2-11 000 kVA-10 kV-730 A，選用一拖一方式，負(fù)載均衡度控制在1%以內(nèi)。根據(jù)球磨機負(fù)載特性，變頻器每10 min可以有1 min的179%過載能力。

1 引起晃電的主要原因

晃電也叫電壓暫降，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量電壓暫降與短時中斷》（GB/T 30137—2013）規(guī)定：“電壓暫將是指電力系統(tǒng)中某點工頻電壓方均根值突然降低至0.1～0.9 pu，并在短暫持續(xù)10 ms～1 min后恢復(fù)正常的現(xiàn)象”，屬于電能質(zhì)量事件之一，嚴(yán)重時將使用電設(shè)備停止工作，或引起產(chǎn)品質(zhì)量下降，而晃電影響的嚴(yán)重性則隨用電設(shè)備的保護特性而有所差異?；坞娨话闶怯衫讚艋蚬╇娋W(wǎng)絡(luò)、變電和用電設(shè)施出現(xiàn)故障或負(fù)荷突然出現(xiàn)較大變化引起的，在某些情況下可能會出現(xiàn)供電電壓兩次或多次連續(xù)跌落或中斷現(xiàn)象。引起晃電的主要原因包括以下幾個方面：

（1）雷擊引起的晃電：雷電屬于一種自然現(xiàn)象，具有電壓高、電流大、破壞性強等特點，高電壓強電流雷電進入供電網(wǎng)絡(luò)時，會造成絕緣最薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)閃絡(luò)或避雷器釋放引起電壓短時間波動。

（2）電網(wǎng)、供變電設(shè)施的短路故障：當(dāng)電網(wǎng)、供變電設(shè)施的某個局部出現(xiàn)短路故障時，導(dǎo)致電流急劇增大，電壓驟然降低，故障電路中的保護裝置動作，將故障點隔離，電壓恢復(fù)正常，造成同個母線段的電壓瞬間波動，電壓短暫降低。

（3）大功率負(fù)荷投切：大功率負(fù)荷全電壓啟動時，啟動電流為額定電流的5～7倍，需要從電網(wǎng)中汲取大量的有功功率和無功功率，這一大電流流過系統(tǒng)阻抗時，將會引起電壓突然下降，導(dǎo)致電壓瞬間波動。

2 變頻器晃電抗治技術(shù)現(xiàn)狀和存在問題

目前常用的低壓變頻器基本采用交-直-交的電壓型變頻器，低壓變頻器普遍采用以下幾種措施抗治晃電引起的設(shè)備跳停。

（1）采用直流支撐技術(shù)。

DC-BANK直流不間斷電源，又叫直流支撐。目前，廣泛應(yīng)用的交流電動機調(diào)速控制的變頻器是相當(dāng)成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，變頻器無論是頻率控制型，還是矢量控制型或者是轉(zhuǎn)矩控制型，都具有變頻軟啟動功能，變頻器的容量在380V電壓等級上，功率范圍從2.2~1500KW的產(chǎn)品幾乎可以覆蓋目前所有應(yīng)用范圍。

一般的變頻器都具有過壓、失壓、和瞬間停電的保護功能。變頻器在失壓或停電時，逆變元件是IGBT的變頻器將允許變頻器繼續(xù)工作一段時間(td)，若失壓或停電時間to<td，變頻器將平穩(wěn)過渡繼續(xù)運行，若to > td變頻器將保護停機，所以當(dāng)交流電源變化較大或低電壓時間較長時都會造成變頻器的運行停止。

目前，常用的變頻器都是交-直-交的電壓源型變頻器，其中間直流回路是三相交流整流得到的，電壓大約在510~620V左右，所以若給變頻器提供—路510~620V左右的直流電源就能實現(xiàn)變頻器不間斷保持運行?；谶@個原理我們（鄭州泰普科技）開發(fā)出了一種不間斷的電源DC-BANK。

（2）使用抗晃電控制器。

TPM-QC系列抗晃電保護控制器是為解決設(shè)備在連續(xù)生產(chǎn)過程中由于電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定造成停機事故而研發(fā)的一種專用控制器，它能夠?qū)崟r檢測設(shè)備運行中的電壓狀態(tài)，如果電網(wǎng)電壓突然發(fā)生晃電現(xiàn)象，在設(shè)定的時間內(nèi)電網(wǎng)電壓又快速恢復(fù)正常，該控制器可以重新啟動設(shè)備，使設(shè)備恢復(fù)運轉(zhuǎn)，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生。

以上措施針對低電壓小容量變頻器具有一定的控制效果，但對于高電壓大容量的變頻器就很難實現(xiàn)有效控制，需要有足夠大的容量來維持直流母線側(cè)電壓不會突降，以免變頻器受到晃電影響。

3 高電壓大容量變頻器晃電解決措施與應(yīng)用

本文所述球磨機變頻器采用高電壓多電平，10 kV輸出每相采用10個單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，線電壓輸出IGBT器件總耐壓達(dá)到近20 kV，線電壓輸出電平數(shù)為39電平，額定電流為730 A，0%～110%速度可調(diào)，可實現(xiàn)球磨機啟動與調(diào)速功能。由于該變頻器額定電壓為10 kV，單臺功率達(dá)到8 500 kW，采用直流母線電壓支撐等技術(shù)很難實現(xiàn)電壓暫降防治功能，需要根據(jù)變頻器的具體報警信息，有針對性地提出解決措施。雙驅(qū)變頻器系統(tǒng)如圖1所示。

根據(jù)該礦山往年晃電造成變頻器跳停的統(tǒng)計信息，2018年共出現(xiàn)12起晃電事故，其中有2起因上一級110 kV側(cè)同個母線段其他回路出現(xiàn)短路故障引起，其他10起全部由雷電引起。變頻器的跳停報警信息主要包括：勵磁喪失、控制電源丟失、主電源丟失、外部安全開關(guān)聯(lián)鎖跳停等。

關(guān)于勵磁喪失造成設(shè)備跳停：主電動機采用無刷同步電動機，勵磁機轉(zhuǎn)子和整流橋安裝在電動機主軸的非驅(qū)動端，勵磁機定子通過勵磁柜提供三相交流電源，勵磁機轉(zhuǎn)子通過電磁感應(yīng)原理獲得感應(yīng)交流電后經(jīng)整流橋整流，形成可調(diào)的直流勵磁電流。通過排查，主要是由于勵磁變壓器低壓側(cè)斷路器受到電壓波動后，出現(xiàn)失壓或欠壓跳閘引發(fā)“勵磁喪失”，造成變頻器跳閘，而造成斷路器跳閘是失壓或欠壓裝置保護動作引起，因此，可針對晃電時電壓波動的時限和幅值變化，對斷路器參數(shù)進行調(diào)整。另一種原因是勵磁電源進線柜控制回路的變壓器選用380/220 V，由于勵磁變壓器輸出側(cè)額定電壓為440 V，造成控制回路二次側(cè)電壓達(dá)到255 V，容易引起二次側(cè)熔斷器燒斷，同樣因“勵磁喪失”而引起變頻器跳閘問題，對此可將二次回路控制變壓器型號更換成440/220 V。

關(guān)于控制電源丟失：由于變頻器控制回路出現(xiàn)低電壓引起的變頻器跳停。經(jīng)查詢該變頻器相關(guān)資料，利用該變頻器內(nèi)金屬薄膜電容儲能功能，可滿足控制回路電源丟失2 s不停機要求，同時增加DC-BANK不間斷電源，利用該時間實現(xiàn)控制回路市電與不間斷電源雙路互投，實現(xiàn)控制回路電源丟失不停機功能。

關(guān)于主電源丟失：造成主電源丟失的報警信息主要是由變頻器主回路前一級10 kV側(cè)真空斷路器跳閘引起，查詢微機綜合保護裝置出現(xiàn)過負(fù)荷告警信息可知，這是由于出現(xiàn)晃電電壓下降后負(fù)載電流增加引起過負(fù)荷跳停，對此可在保護裝置整定值計算時綜合考慮晃電時電壓及電流的變化，重新整定。

關(guān)于外部安全開關(guān)聯(lián)鎖跳停：根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)鎖跳停的需求，當(dāng)關(guān)聯(lián)設(shè)備出現(xiàn)異常時，會引起變頻器保護跳停，保證球磨機不會出現(xiàn)安全事故。經(jīng)查詢變頻器聯(lián)鎖跳停控制回路，主要包括球磨機上一級的皮帶輸送機、下一級的振動篩和皮帶輸送機及球磨機本身自有的潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等，當(dāng)某一臺設(shè)備出現(xiàn)電壓波動造成設(shè)備異常時，變頻器就會出現(xiàn)外部安全開關(guān)聯(lián)鎖跳停故障現(xiàn)象。通過對關(guān)聯(lián)設(shè)備的跳?；芈愤M行分析，結(jié)合晃電引起低電壓波動的幅值和時間，采用延時聯(lián)鎖跳停的方式，可以躲過電壓波動對球磨機附屬設(shè)備的影響，提高關(guān)聯(lián)設(shè)備低電壓保護功能。

鄭州泰普科技生產(chǎn)的DC-BANK、TPM-QC抗晃電控制器，可以有效解決變頻器回路的晃電問題，為企業(yè)的生產(chǎn)保駕護航。