交流電機(jī)是主要的用電設(shè)備。在國家節(jié)能降耗政策的引導(dǎo)下，電機(jī)的節(jié)電器改造項(xiàng)目越來越多。對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵、油泵、壓縮機(jī)等設(shè)備，用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠獲得顯著的節(jié)電效果。但是，用變頻器等節(jié)電器改造后，帶來了一些不良的后果，這些后果往往給企業(yè)帶來了麻煩，甚至造成的經(jīng)濟(jì)損失抵消了節(jié)電器獲得利益。

電機(jī)節(jié)電器帶來的不良后果包括：

◆ 對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，主要現(xiàn)象是，無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)故障甚至燒毀，變壓器過熱，跳閘;

◆ 對(duì)電網(wǎng)上的，或鄰近的，電子設(shè)備/儀表/計(jì)算機(jī)形成干擾;

◆ 損傷電機(jī)，造成電機(jī)的定子或軸承等損壞，縮短電機(jī)的壽命;

其中，配電系統(tǒng)的故障是最常見的現(xiàn)象。例如，2009年，某小區(qū)的熱力供應(yīng)站用了節(jié)電器后，主要內(nèi)容是將兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)改為變頻器驅(qū)動(dòng)。原來用節(jié)風(fēng)門來控制風(fēng)量，造成了很大的電能浪費(fèi)。改造后，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量，取得了顯著的節(jié)電效果，節(jié)電率達(dá)到了50%以上。但是很快就發(fā)現(xiàn)無功補(bǔ)償裝置的保險(xiǎn)頻繁燒毀，導(dǎo)致項(xiàng)目不能通過驗(yàn)收。

原因分析：

這是一個(gè)十分典型的諧波故障現(xiàn)象。因?yàn)樽冾l器工作時(shí)產(chǎn)生5、7、11、13等次的諧波電流。這些諧波電流對(duì)無功補(bǔ)償裝置的損傷機(jī)理有兩個(gè)。

諧波電流損傷無功補(bǔ)償裝置的機(jī)理一：

大家知道，電容的容抗與流過電容的電流的頻率成反比。由于諧波電流的頻率較高，因此電容對(duì)于諧波電流呈現(xiàn)比基波電流更低的容抗。因此，諧波電流更容易流過電容。也就是，電容中往往流過比基波電流更大的電流，造成電容支路過流。另外，諧波電流流過保險(xiǎn)絲和電容時(shí)會(huì)導(dǎo)致更大的熱量(趨膚效應(yīng))，因此會(huì)導(dǎo)致無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)過流的故障現(xiàn)象。

諧波電流損傷無功補(bǔ)償裝置的機(jī)理二：

這個(gè)機(jī)理的情況更常見。這是因?yàn)橹C波電流在無功補(bǔ)償裝置與變壓器構(gòu)成的回路中發(fā)生了諧振。

在電力系統(tǒng)中，變壓器與無功補(bǔ)償電容構(gòu)成了一個(gè)LC并聯(lián)電路，如圖1所示。這個(gè)電路有一個(gè)固有的振蕩角頻率f0，當(dāng)諧波電流的頻率與f0相同時(shí)，LC并聯(lián)電路就發(fā)生了諧振現(xiàn)象，電流在LC回路中逐漸增大，一直達(dá)到某一個(gè)很大的數(shù)值。這個(gè)很大的數(shù)值就是發(fā)生諧振的諧波電流Q倍。Q稱為LC并聯(lián)電路的Q值，一般為10~15。這樣大的諧波電流就會(huì)導(dǎo)致無功補(bǔ)償裝置燒毀。

補(bǔ)償裝置與變壓器構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路
圖1 無功補(bǔ)償裝置與變壓器構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路

解決辦法：

解決這個(gè)問題的簡單方法就是消除變頻器產(chǎn)生的諧波電流。具體方法是在兩臺(tái)變頻器的電源輸入端各安裝一臺(tái)諧波濾波器。

安裝濾波器后，在濾波器的電源輸入端測試，總諧波電流畸變率為8%以下。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況良好，經(jīng)過一個(gè)冬季的運(yùn)行，沒有出現(xiàn)故障現(xiàn)象。無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行正常，功率因數(shù)達(dá)到0.98以上。

啟示：

通過這個(gè)案例，可以獲得一些有益的啟示，在將工頻電機(jī)改為變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，一定要考慮變頻器的諧波電流可能帶來的危害。主要內(nèi)容包括：原來的無功補(bǔ)償裝置是否能夠在諧波電流的環(huán)境下正常工作。如果原來的無功補(bǔ)償裝置沒有采取抗諧波措施，必須在變頻器的電源輸入端安裝諧波濾波器，以消除隱患。因?yàn)?，系統(tǒng)諧振嚴(yán)重時(shí)，不僅會(huì)損傷無功補(bǔ)償柜，還可能會(huì)損傷變壓器，造成更大的損失。