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VPSF變頻試驗(yàn)裝置輸入電源的改進(jìn)論文
摘 要：VPSF變頻試驗(yàn)裝置的控制系統(tǒng)是變頻諧振系統(tǒng)的心臟模塊，一組交流220V單相電源是這顆心臟的原動(dòng)力，本文通過分析這組交流220V常規(guī)接法下的安全隱患，尋找出一種行之有效的保安措施，來保護(hù)人員和設(shè)備的安全。
關(guān)鍵詞：二次回路；漏電保護(hù)器；中性線N；保護(hù)接地；
1．問題的提出
VPSF變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置（以下簡稱試驗(yàn)裝置）是普遍用于電力、冶金、石油、化工等行業(yè)110kV電纜、變壓器、互感器等電氣耐壓的試驗(yàn)裝置。VPSF變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法是根據(jù)串聯(lián)諧振的原理[1]，通過改變?cè)囼?yàn)回路的試驗(yàn)頻率，使得回路的串聯(lián)電抗器的電感L和試品的電容Ck發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振電壓就是加在被試電氣設(shè)備的電壓。由于試驗(yàn)回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源供給的能量僅為回路中消耗的有功功率，為試品容量的1/Q(Q為回路的品質(zhì)因數(shù))。因此試驗(yàn)裝置的電源容量很小，使得裝置本身的重量輕便。所以，裝置的輕便性和實(shí)用性都是傳統(tǒng)工頻耐壓裝置所無法比擬的。
三相橋式連接變頻器的作用是將三相主電源電壓轉(zhuǎn)換成為可調(diào)幅方波電壓。通過主回路開關(guān)取得三相線電壓傳送到6脈沖轉(zhuǎn)換器整流，然后提供給電容組。方波輸出電壓由轉(zhuǎn)換橋以需要的輸出頻率產(chǎn)生，輸出電壓的有效值通過調(diào)整脈沖寬度實(shí)現(xiàn)無級(jí)可調(diào)。
試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)是變頻諧振系統(tǒng)的核心模塊，包含了所有的電子及控制回路，它集中放在控制柜中，試驗(yàn)裝置的操作屏在控制柜的上方，操作人員通過控制柜可以控制所有的功能及讀取最新的測量值(電壓、頻率、電流)，以及顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。所有的控制信號(hào)由微處理器產(chǎn)生，在它的控制下系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)設(shè)頻率，或者自動(dòng)將輸出頻率調(diào)整到諧振頻率，以達(dá)到用小電流低電壓來控制大電流高電壓的目的。
由于控制系統(tǒng)需要220V的單相電源[2]，這就需要從三相線電壓中抽出其中一相和中性線N組成一組電壓，供給控制系統(tǒng)的微處理器和其他相關(guān)的二次回路工作電源及控制電源。而三相橋式連接變頻器則仍然需要三相線電壓，這種接線方式就會(huì)造成當(dāng)試驗(yàn)裝置的主電源合閘后，交流380V的其中一相電流會(huì)經(jīng)過試驗(yàn)裝置的二次回路及地流回變壓器的中性線N，則在漏電保護(hù)器的內(nèi)部回路中就表現(xiàn)為線路單相接地而動(dòng)作漏電保護(hù)器分閘，從而造成VPSF變頻試驗(yàn)裝置無法工作。
所以在實(shí)際的接線過程中，試驗(yàn)人員往往會(huì)繞過漏電保護(hù)器接電，這種接線方式能夠正常操作試驗(yàn)裝置，但是卻造成了試驗(yàn)裝置設(shè)備和操作人員的安全隱患，比如：
（1）當(dāng)輸入的電源線或試驗(yàn)裝置發(fā)生單相接地短路時(shí)，由于沒有漏電保護(hù)器的保護(hù)而不會(huì)動(dòng)作分閘，造成三相電壓不平衡，使試驗(yàn)裝置無法正常工作，長時(shí)間電源單相接地還可能會(huì)引起火災(zāi)等事故。
�。�2）如果在試驗(yàn)工作中發(fā)生人員單相觸電事故，由于沒有通過漏電保護(hù)器，只能靠空氣開關(guān)、熔斷器等保護(hù)電器動(dòng)作分閘，而它們動(dòng)作電流比漏電保護(hù)器大的多，動(dòng)作有一定的延時(shí)，而不能可靠和迅速的切斷，造成人員傷亡事故。
�。�3）如果輸入電源是從臨時(shí)的配電變壓器引入，還可能會(huì)因?yàn)樵囼?yàn)裝置的接地點(diǎn)與配電變壓器的接地點(diǎn)之間的接地電阻大而造成試驗(yàn)設(shè)備二次回路電壓過低而無法正常啟動(dòng)。
2．漏電保護(hù)器動(dòng)作原理[3]
為能說明這個(gè)問題，需要介紹一下漏電保護(hù)器的動(dòng)作原理。下面就漏電保護(hù)器在供電系統(tǒng)中的工作原理。
圖1是三相四線制供電系統(tǒng)的漏電保護(hù)器工作原理示意圖。TA為零序電流互感器，QF為主開關(guān)，TQ為主開關(guān)的分勵(lì)脫扣器線圈。在被保護(hù)電路工作正常，沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下，由基爾霍夫定律可知，通過TA一次側(cè)的電流相量和I等于零，這使得TA鐵芯中的磁通的相量和Ф也等于零。這樣TA 的二次側(cè)不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，漏電保護(hù)器不動(dòng)作，系統(tǒng)保持正常供電。
當(dāng)被保護(hù)電路發(fā)生漏電或有人觸電時(shí)，由于漏電電流的存在，通過TA一次側(cè)各相電流的相量和I不再等于零，產(chǎn)生了漏電電流IX ，這使得TA鐵心中的磁通相量和Ф也不再等于零，相應(yīng)的產(chǎn)生了漏磁通ФX ，此時(shí)在鐵心中也就出現(xiàn)了交變磁通。在交變磁通作用下，TQ二次側(cè)線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此漏電信號(hào)經(jīng)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行處理和比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，使主開關(guān)分勵(lì)脫扣器線圈TQ通電，驅(qū)動(dòng)主開關(guān)QF自動(dòng)跳閘，切斷故障電路，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。
3．VPSF變頻試驗(yàn)裝置輸入電源改進(jìn)方法
根據(jù)上述的VPSF變頻試驗(yàn)裝置的輸入電源情況分析，最主要的問題在于220V單相電源的中性線N的接線方式，如果把交流380V三相電源接在漏電保護(hù)器的下樁頭，中性線N直接接地，就會(huì)造成漏電保護(hù)器誤動(dòng)作。而把交流380V三相電源繞過漏電保護(hù)器接在閘刀的下樁頭，雖然變頻試驗(yàn)裝置能夠正常的工作，負(fù)荷電流過大或者發(fā)生相間短路也能正常切斷輸入電源，但是在輸入電源或試驗(yàn)裝置發(fā)生單相接地和人員發(fā)生觸電事故的時(shí)候，都不能正常動(dòng)作分閘，造成了設(shè)備和人身的事故隱患。所以試驗(yàn)裝置的輸入電源需要做一定的改進(jìn)。
�、乓ＷC漏電保護(hù)器能夠被接入輸入電源的回路中，這就需要把中性線N與保護(hù)接地分開，把交流380V三相電源和中性線N都從漏電保護(hù)器下樁頭接入到VPSF變頻試驗(yàn)裝置的電源側(cè)，使整個(gè)220V單相回路不通過大地構(gòu)成環(huán)流。這里還需要說明的就是中性線N相也必須保持和其他三相380V電源同等的對(duì)地絕緣水平，這是因?yàn)槿绻芈钒l(fā)生單相接地，根據(jù)變壓器繞組Y型接法，其接地相的電壓為零，其他兩相的電壓升為線電壓，此時(shí)中性點(diǎn)會(huì)發(fā)生漂移，中性線N對(duì)地就會(huì)產(chǎn)生一定的電壓，故中性線N也必須具備一定的絕緣。
�、朴捎陔娫椿芈返闹行跃�N與試驗(yàn)裝置操作箱絕緣了，如果在試驗(yàn)過程中高壓回路發(fā)生擊穿，高電壓串入到低壓回路中，就會(huì)使試驗(yàn)裝置外殼帶電，危及試驗(yàn)人員的生命安全，所以還需要在試驗(yàn)裝置操作箱外殼上安裝直接接地點(diǎn)，把保護(hù)接地線直接接在這個(gè)接地點(diǎn)上。同時(shí)為了保持操作箱內(nèi)的電位穩(wěn)定和和保護(hù)電子元器件的安全，還必須將試驗(yàn)裝置操作箱內(nèi)部的接地點(diǎn)統(tǒng)一引到操作箱外殼上的接地點(diǎn)上接地。
通過以上的兩點(diǎn)對(duì)VPSF變頻試驗(yàn)裝置的電源改進(jìn)，使試驗(yàn)裝置既能在正常的情況下安全的使用，也能在發(fā)生單相接地事故、相間短路事故等事故中可靠的切斷電源。保證了工作人員的生命安全和設(shè)備的安全。
參考文獻(xiàn):
[1] 蔡翊濤。變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法的應(yīng)用。《變壓器》2005年第10期。
[2] 鄭鳳翼，楊洪升。怎樣看電氣控制電路圖。北京：人民郵電出版社，2003，4(2):32
[5] 馬劍。淺談漏電保護(hù)器的工作原理和應(yīng)用。《機(jī)械與電子》2007年第8期。
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