基于变频装置输出接地引起的电网电压异常分析与处理(2)

独立的电源，其输出的电压波形初相位、频率与工频供电电网不同；变频器在启动过程中，其逆变器输出的电压频率是从0hz缓慢地增加的过程。因此当4#回转窑拖动电机单相绕组对地绝缘被击穿后，造成供电变压器绕组，变频器电机（包括动力线、铁芯）、接地线和电网零线等导体构成电流通路。当变频器启动时，就会引起变频器输出的0~50hz低频交流电压与供电系统50hz交流电压相互叠加问题，导致供电电网三相电源电压升高至286v，造成单相（220vac）用电器工作电压过高，而发生过热（冒烟）或烧毁故障；同时由于变频器的输入的交流电压升高，其整流后的直流电压必然也会升高，故变频器直流过压保护电路自动启动工作（即投入制动电阻消耗电能）。5hz交流电压波形（变频器输出的低频）与50hz交流电压波形（电网工频）叠加，其原理如图2所示。

（a）变频器输出的b’相相电压波形（220v5hz）（b）供电电源a相相电压波形（220v50hz）（c）a、b叠加后的供电电网a相电压波形

图2 变频器输出的b’相电压与供电电网a相电压波形叠加原理

图2a）为变频器输出的b’相交流电压波形，其波形峰值为e1（测得有效值约为220v）、频率为5hz（也可选其它不同频率的波形进行叠加，其结果相同）；图2b）为供电系统a相工频交流电压波形，其波形峰值为e2、频率为50hz；图2c）为变频器输出的b’相（5hz）波形叠加在供电电网a相上的波形。叠加后的波形峰值由叠加前的e1增大至e1+e2，其相应的电压有效值也必然升高了；供电系统b、c相电压波形与之相互叠加后的波形结果与a相相同，只是其叠加后的波形峰值的初相位有所不同，但有效值均相等［1］。

3 故障处理

我厂4#回转窑拖动电机为普通三相异步电动机，由于变频器较长时间运行在5hz的超低频状态，其电机冷却风扇低速运行，电机冷却风量大幅度地减少，导致电机严重过热，使电机定子绕组绝缘被烧坏。更换电机后，多次启动大窑控制变频器，均再未出现电网电压升高现象。

为防止类似故障导致供电系统电压异常再次发生，我们采取了断开4#回转窑机体（包括电机接地线）的保护接零线，如图3所示。使供电系统变压器中性线n（零线）和窑机体接地线相互独立（实际通过大地仍然相通，但其电阻较大），而且将二者接地分别独立设置接地装置，这样设备的接地线和供电系统零线之间不会构成较大电流通路。则可避免因变频装置输出接地后引起电网系统电压升高的现象发生。在实际中，当变频装置一相接地后，其接地电流经过接地线、大地、供电系统中性线构成回路，其叠加后的电压降（增加的部分）则会由大地全部或部分地承担，而供电系统、变频装置等电能设备的电压不会出现显著升高现象。为证明本次处理结果的可靠性，我们进行了故障模拟试验，通过变频器一相人为接地，启动变频装置，测得供电系统三相电源在变频器启动过程中对地电压无变化，变频器制动电阻也未出现自动投入工作现象。

4 结束语

随着科学技术的迅速发展，变频器、中频路、ups电源等有逆变功能的电源广泛应用于工业生产领域，其工作异常会对其它设备有不同程度的影响。因此，在实际设备安装、维修和使用中，要更加注重不同设备之间的影响问题，只有全面了解相互之间的作用，采取必要的预防措施，才能确保所有设备的安全、可靠地运行。