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VPSF變頻試驗裝置輸入電源的改進論文
摘 要：VPSF變頻試驗裝置的控制系統(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，來保護人員和設(shè)備的安全。
關(guān)鍵詞：二次回路；漏電保護器；中性線N；保護接地；
1．問題的提出
VPSF變頻串聯(lián)諧振試驗裝置（以下簡稱試驗裝置）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裝置。VPSF變頻串聯(lián)諧振試驗方法是根據(jù)串聯(lián)諧振的原理[1]，通過改變試驗回路的試驗頻率，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)整脈沖寬度實現(xiàn)無級可調(diào)。
試驗裝置控制系統(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)的運行狀態(tài)。所有的控制信號由微處理器產(chǎn)生，在它的控制下系統(tǒng)產(chǎn)生一個預設(shè)頻率，或者自動將輸出頻率調(diào)整到諧振頻率，以達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，這種接線方式就會造成當試驗裝置的主電源合閘后，交流380V的其中一相電流會經(jīng)過試驗裝置的二次回路及地流回變壓器的中性線N，則在漏電保護器的內(nèi)部回路中就表現(xiàn)為線路單相接地而動作漏電保護器分閘，從而造成VPSF變頻試驗裝置無法工作。
所以在實際的接線過程中，試驗人員往往會繞過漏電保護器接電，這種接線方式能夠正常操作試驗裝置，但是卻造成了試驗裝置設(shè)備和操作人員的安全隱患，比如：
（1）當輸入的電源線或試驗裝置發(fā)生單相接地短路時，由于沒有漏電保護器的保護而不會動作分閘，造成三相電壓不平衡，使試驗裝置無法正常工作，長時間電源單相接地還可能會引起火災等事故。
�。�2）如果在試驗工作中發(fā)生人員單相觸電事故，由于沒有通過漏電保護器，只能靠空氣開關(guān)、熔斷器等保護電器動作分閘，而它們動作電流比漏電保護器大的多，動作有一定的延時，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的配電變壓器引入，還可能會因為試驗裝置的接地點與配電變壓器的接地點之間的接地電阻大而造成試驗設(shè)備二次回路電壓過低而無法正常啟動。
2．漏電保護器動作原理[3]
為能說明這個問題，需要介紹一下漏電保護器的動作原理。下面就漏電保護器在供電系統(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)的分勵脫扣器線圈。在被保護電路工作正常，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)電動勢，漏電保護器不動作，系統(tǒng)保持正常供電。
當被保護電路發(fā)生漏電或有人觸電時，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)線圈就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此漏電信號經(jīng)中間環(huán)節(jié)進行處理和比較，當達到預定值時，使主開關(guān)分勵脫扣器線圈TQ通電，驅(qū)動主開關(guān)QF自動跳閘，切斷故障電路，從而實現(xiàn)保護。
3．VPSF變頻試驗裝置輸入電源改進方法
根據(jù)上述的VPSF變頻試驗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器的下樁頭，中性線N直接接地，就會造成漏電保護器誤動作。而把交流380V三相電源繞過漏電保護器接在閘刀的下樁頭，雖然變頻試驗裝置能夠正常的工作，負荷電流過大或者發(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裝置發(fā)生單相接地和人員發(fā)生觸電事故的時候，都不能正常動作分閘，造成了設(shè)備和人身的事故隱患。所以試驗裝置的輸入電源需要做一定的改進。
�、乓ＷC漏電保護器能夠被接入輸入電源的回路中，這就需要把中性線N與保護接地分開，把交流380V三相電源和中性線N都從漏電保護器下樁頭接入到VPSF變頻試驗裝置的電源側(cè)，使整個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電源同等的對地絕緣水平，這是因為如果回路發(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，此時中性點會發(fā)生漂移，中性線N對地就會產(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與試驗裝置操作箱絕緣了，如果在試驗過程中高壓回路發(fā)生擊穿，高電壓串入到低壓回路中，就會使試驗裝置外殼帶電，危及試驗人員的生命安全，所以還需要在試驗裝置操作箱外殼上安裝直接接地點，把保護接地線直接接在這個接地點上。同時為了保持操作箱內(nèi)的電位穩(wěn)定和和保護電子元器件的安全，還必須將試驗裝置操作箱內(nèi)部的接地點統(tǒng)一引到操作箱外殼上的接地點上接地。
通過以上的兩點對VPSF變頻試驗裝置的電源改進，使試驗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:
[1] 蔡翊濤。變頻串聯(lián)諧振試驗方法的應(yīng)用�！蹲儔浩鳌�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。淺談漏電保護器的工作原理和應(yīng)用�！稒C械與電子》2007年第8期。
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