《风机电机调速系统中减少漏电流的新方法》
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[摘 要]大地漏电流保护对于风机电机调速系统周围作业人员的安全来说至关重要.但是异步电机电机调速时瞬间产生的信号（VSD）是一种能避开或干扰传统保护装置的复杂电压源.即便是在有接地故障容错的系统里,调速系统依然能制造处巨大的漏电流.本文针对这种情况介绍了一种安全,简单且可靠的解决办法.
[关键词]风机电机 调速系统 漏电流
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0367-01
引言
电机变频调速引进了两个目前尚无法解决的问题： 复杂频率条件下的地电流保护以及耦合进杂散电容的高频（主要在长电缆中发生）.每年因为这种漏电流造成的工伤事故屡屡发生,因此这种危险非常需要给予重视.本文介绍了一种成功应用在风力发电机组中调速系统的方法.
一、漏电流的信号特征
过去我们使用接地故障继电器用来处理变频调速干扰,通常情况下,这意味着将使用一个位于基频附近的固定频率的滤波算法.举例来说,离散傅里叶变换滤波器能对50～60Hz范围外的频率造成衰减,但同时这也造成了谐波反射和高频分量的存在.可是在变频调速的应用领域输出的频率并不是固定在50或者60Hz.这些算法因厂家而不同,通常情况下在产品需要的频率范围内依然存在衰减.这对工程应用提出较高要求并且要求在装置附近放一个接地继电器.
这种新方法是使用一种标准电流互感器（Current Tranormer）来测量0～90Hz信号.这种方法有一个固有优点,使用一个电流互感器监测0～90Hz信号既囊括了变频调速的频率范围和直流信号,又避开了高频漏电流.电流互感器使用非常方便,不需要像搭建电路那样与被测对象存在物理连接,这种方法能够应用在中低压接地场合.
二、处理方法
在系统设计中,需要注意以下几个问题.
1.保护区
对于连接同一馈电变压器的驱动线存在一个非常重要的问题：长线缆之间可能存在串扰.多根驱动线连接到一个变压器通常会导致在正常运行的情况下会存在较高的漏电流.特别是在系统电压较高的时候该现象更为明显.这意味着低电压应用改到高电压应用必须重新考虑设计.在风力发电机组中,较高的地电流是不允许而且必须创建一块保护区域.在中压变频调速系统中通常使用一个输入变压器来实现电磁隔离.在中压变频调速系统的环境中,馈电变压器使用多层绕制工艺,能够应用于谐波较少的脉冲系统[2].次级绕线接地不是必须的,因为它会像多点接地那样会制造电流环.电机驱动拓扑中的最佳接地点是在驱动的输出处.
2.接地故障检测
在正常运行条件下保护区域只有一个接地点.接地故障时电流的唯一通路就是电阻网络中星形结点.这也是继电器测量故障电流的地方（见图1）.通过这种测量方法任何接地故障都能被立刻检测到.使用电阻网络的另一个目的就是限制驱动输出时驱动漏电流的大小[3].
上述方法在有种情况下是无法在电机侧检测到接地故障的.在低转速条件下,输出电压会变得不适用.输出侧的接地故障电流永远低于触发条件.
3.零序电流
每一个电机调速系统都可以看做一个共模电压源.理想的情况下三相电压相加为零,然而实际系统中并非如此.三相瞬态电压相加并非为零.三相共模电压通常只要电机三相星型结点不接地是难以发现的.但是杂散电容则提供一条电流通路.共模电压通过杂散电容造成大地漏电流.这种电流的出现是无法避免的,但是可以通过减少杂散电容来降低[4][5].遵循这个合理的设计原则有助于为系统提供一个好的信噪比,并且可以检测出大地漏电流.
4.仿真结果
下面展示下实验室中电机漏电流的仿真结果.
对于风电标准而言,需要进行多种型式测验和评估认证,我们可以在不同电机运行速度的情况下针对不同情况获得漏电流测试数据.
（1）带继电器的低电压测试；
（2）在变压器处,直流处以及电机处促发的接地故障的中压测试；
（3）绝缘监控,最大故障电流,共模电压和接地电阻故障下进行得特殊工况测试.
借此我们可以获得最恶劣工况条件下的最大故障漏电流的测试数据.该工况囊括的情形包括继电器故障,电机一相出现低阻抗短路,而此时输出最大电压.
结论
我们已经证明了在风机电机调速系统并不一定要在安全性面前做出妥协.本文对那些在设备旁边作业的人群建议采用以下措施：
1.選择正确的继电器；
2.为每个电机驱动设置保护区域；
3.通过减少变压器和驱动线的距离控制杂散电容；
4.在驱动输出的单点接地处保持高阻抗.
目前该方法在国内较多风场都有应用,通过合理使用电气元件可以在设计阶段降低使用风险,同时应对目前市场上严苛的行业标准,为实现市场价值奠定基础.
参考文献
[1]郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析[M],2006,：81-84；
[2]Howard Johnson, Martion Graham.High-Speed Digital Design A Handbook of Black Magic[M],2010,（5）：295-299；
[3]胡延东. 矿井电网漏电保护的研究[J].电气开关, 2011,（5）：47-49；
[4]李斌,袁振海.矿井低压电网零序直流选择性漏电保护原理的研究和实现[J].工矿自动化, 2007,（1）：57-59；
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