張文俊

摘要：本文通過(guò)利用ZnO壓敏電阻接入位置和接線形式的分析，探討了中性點(diǎn)箱位三電平高壓變頻器的過(guò)電壓保護(hù)問(wèn)題。本文認(rèn)為將一只ZnO壓敏電阻接于逆變部分輸入直流母線兩端和三只參數(shù)相同ZnO壓敏電阻三相三角形接法接于逆變部分輸出，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中性點(diǎn)箱位三電平高壓變頻器的過(guò)電壓保護(hù)。

關(guān)鍵詞：ZnO壓敏電阻接入位置接線形式過(guò)電壓保護(hù)

一、ZnO壓敏電阻接入位置分析

使用Zno壓敏電阻對(duì)中性點(diǎn)箱位三電平高壓變頻器進(jìn)行外部過(guò)電壓保護(hù)需要考慮Zno壓敏電阻接入系統(tǒng)中的位置，這不但要分析外部過(guò)電壓發(fā)生時(shí)，ZnO壓敏電阻是否能準(zhǔn)確及時(shí)地動(dòng)作，還要分析ZnO壓敏電阻動(dòng)作后，是否能有效限制過(guò)電壓。

當(dāng)ZnO壓敏電阻接于位置2時(shí)，它能很好地限制高壓變頻器輸出發(fā)生的過(guò)電壓。但是，它的殘壓將使系統(tǒng)電流增大，電流變化率也相應(yīng)增大，導(dǎo)致輸出濾波電感感應(yīng)電壓增大。如果輸出濾波電感感應(yīng)電壓與ZnO壓敏電阻殘壓正向疊加后，再通過(guò)逆變部分IGCT反并聯(lián)二極管整流對(duì)直流環(huán)節(jié)箱位電容充電，則可能會(huì)導(dǎo)致逆變部分輸入過(guò)電壓。因此，當(dāng)ZnO壓敏電阻接于位置2時(shí)，它不能對(duì)高壓變頻器進(jìn)行有效的過(guò)電壓保護(hù)。

當(dāng)ZnO壓敏電阻接線位置3時(shí)，它能很好地限制直流電容兩端的電壓。但是，如果ZnO壓敏電阻處于工作狀態(tài)，直流電容兩端電壓上升為ZnO壓敏電阻的殘壓，將使直流母線電流增大，電流變化率也相應(yīng)增大，直流環(huán)節(jié)限流電感感應(yīng)電壓增大。如果限流電感感應(yīng)電壓與直流電容電壓正向疊加，則可能會(huì)導(dǎo)致逆變部分輸入過(guò)電壓。

因此，當(dāng)ZnO壓敏電阻接于位置3時(shí)，它不能對(duì)高壓變頻器進(jìn)行有效的過(guò)電壓保護(hù)。當(dāng)ZnO壓敏電阻接于位置4時(shí)，不管是發(fā)生輸入過(guò)電壓還是輸出過(guò)電壓，它都能直接對(duì)逆變部分輸入電壓進(jìn)行抑制，只要設(shè)計(jì)的Zno壓敏電阻工作時(shí)的殘壓低于逆變部分耐壓，就能對(duì)逆變部分進(jìn)行有效的過(guò)電壓保護(hù)。因此，當(dāng)ZnO壓敏電阻接于位置4時(shí)，它能對(duì)高壓變頻器進(jìn)行有效的過(guò)電壓保護(hù)。

當(dāng)ZnO壓敏電阻接于位置5時(shí)，它能有效地限制高壓變頻器輸出發(fā)生故障時(shí)引起的相間過(guò)電壓情況。比如高壓變頻器輸出AB兩相發(fā)生相間短路，由于短路兩相電流突然變化，電流變化率很大，從而輸出濾波電感感應(yīng)電壓增大，可能會(huì)導(dǎo)致AB兩相相間過(guò)電壓，而處于位置4的ZnO壓敏電阻只能保護(hù)逆變部分輸入過(guò)電壓，而不能保護(hù)逆變部分相間過(guò)電壓，因此，有必要在位置5接入ZnO壓敏電阻對(duì)逆變部分相間過(guò)電壓進(jìn)行保護(hù)。

綜上分析，將合理設(shè)計(jì)的ZnO壓敏電阻接于逆變部分輸入和輸出才能有效地進(jìn)行外部過(guò)電壓保護(hù)。

二、接線形式分析

下面詳細(xì)分析ZnO壓敏電阻接于位置4和位置5的接線形式。當(dāng)ZnO壓敏電阻接于位置4時(shí)，有以下兩種接法：一是直流正、負(fù)母線分別接一只Zno壓敏電阻接地；二是一只Zno壓敏電阻直接接于直流正負(fù)母線之間，與逆變部分并聯(lián)。對(duì)于第一種接法，ZnO壓敏電阻兩端參考電壓為直流正母線對(duì)地電壓或直流負(fù)母線對(duì)地電壓。由于中性點(diǎn)箱位三電平高壓變頻器直流環(huán)節(jié)本身沒(méi)有接地點(diǎn)，其中性點(diǎn)電壓不為零，只要保證逆變部分輸入直流正、負(fù)母線間的電壓在一個(gè)確定的范圍內(nèi)就能使高壓變頻器正常工作。但是，如果因?yàn)榭刂撇呗缘仍蛟斐傻闹行渣c(diǎn)漂移可能會(huì)使直流正母線對(duì)地電壓或直流負(fù)母線對(duì)地電壓高于ZnO壓敏電阻標(biāo)稱電壓，而直流正、負(fù)母線間的電壓又可能處于正常工作范圍，這就會(huì)導(dǎo)致ZnO壓敏電阻誤動(dòng)作。

此外，這種接法雖然可以保證大電流不會(huì)對(duì)逆變部分造成危害，但是可能會(huì)引起較大的負(fù)載電動(dòng)機(jī)共模電壓，危害電動(dòng)機(jī)安全；同時(shí)，高壓變頻器系統(tǒng)相對(duì)于電網(wǎng)而言處于對(duì)地放電狀態(tài)，相當(dāng)于接地短路，工作不正常。對(duì)于第二種接法，ZnO壓敏電阻兩端參考電壓為直流正負(fù)母線間電壓，能直流反應(yīng)逆變部分輸入過(guò)電壓情況，有利于電壓保護(hù)。當(dāng)過(guò)電壓達(dá)到Zno壓敏電阻標(biāo)稱電壓時(shí)，ZnO壓敏電阻開(kāi)始工作，大電流通過(guò)Zno壓敏電阻直接從一條直流母線流向另一條直流母線，不會(huì)對(duì)負(fù)載電動(dòng)機(jī)造成影響，也不會(huì)對(duì)逆變部分造成影響，整個(gè)高壓變頻器系統(tǒng)相對(duì)于電網(wǎng)而言沒(méi)有發(fā)生故障，只是負(fù)載發(fā)生了變化。因此，當(dāng)ZnO壓敏電阻接于位置4時(shí)，采用一只ZnO壓敏電阻直接接于直流正負(fù)母線之間的形式能實(shí)現(xiàn)高壓變頻器過(guò)電壓保護(hù)的目的，同時(shí)也不會(huì)對(duì)高壓變頻器正常工作和負(fù)載電動(dòng)機(jī)帶來(lái)不良影響。

當(dāng)ZnO壓敏電阻接于位置5時(shí)，Zno壓敏電阻是對(duì)逆變部分輸出三相交流方波電壓或者由于故障導(dǎo)致的三相正弦電壓進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，主要有以下三種接法：一是三只zno壓敏電阻三相星形連接；二是四只ZnO壓敏電阻三相四線制星形連接；三是三只ZnO壓敏電阻三相三角形連接。

對(duì)于三相星形接法，任意兩只ZnO壓敏電阻所承受的電壓為逆變部分輸出線電壓。為了達(dá)到良好的過(guò)電壓保護(hù)效果，要求三只ZnO壓敏電阻各項(xiàng)性能參數(shù)完全相同。

當(dāng)某兩相之間發(fā)生過(guò)電壓情況時(shí)，要求這兩相之間串聯(lián)的兩只ZnO壓敏電阻能同時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)并且具有相同大小的殘壓。然而，對(duì)于ZnO壓敏電阻而言，很難保證串聯(lián)的ZnO壓敏電阻動(dòng)作之后的殘壓值是相同的，增加了Zno壓敏電阻設(shè)計(jì)制造難度，不易實(shí)際應(yīng)用。

對(duì)于三相四線制星形接法，它與三相星形接法的不同在于多了一只從公共點(diǎn)接地的Zno壓敏電阻。為了達(dá)到良好的過(guò)電壓保護(hù)效果，它同樣要求四只Zno壓敏電阻的性能參數(shù)完全相同。當(dāng)某兩相發(fā)生故障而造成與該兩相相連的ZnO壓敏電阻工作時(shí)，公共點(diǎn)的電壓值會(huì)因?yàn)檫@兩只ZnO壓敏電阻的工作而發(fā)生變化，這可能導(dǎo)致三種情況：一是接地ZnO壓敏電阻由于公共點(diǎn)電壓提升到標(biāo)稱電壓而進(jìn)入工作狀態(tài)，擴(kuò)大事故影響；二是正常相因?yàn)楣颤c(diǎn)電壓提升而出現(xiàn)過(guò)電壓情況，造成正常相Zno壓敏電阻也進(jìn)入工作狀態(tài)，擴(kuò)大事故影響；三是如果正常相隨后也出現(xiàn)過(guò)電壓情況，由于公共點(diǎn)電壓的提升，與它們連接的ZnO壓敏電阻兩端電壓未達(dá)到標(biāo)稱電壓而導(dǎo)致Zno壓敏電阻沒(méi)有及時(shí)動(dòng)作，而造成被保護(hù)設(shè)備過(guò)電壓損壞。因此，三相四線制星形接法不能對(duì)高壓變頻器進(jìn)行有效的過(guò)電壓保護(hù)。

對(duì)于三相三角形接法，每只Zno壓敏電阻獨(dú)自承受逆變部分輸出線電壓，它們之間沒(méi)有相互影響，三只ZnO壓敏電阻各項(xiàng)性能參數(shù)要求基本相同。只要合理設(shè)計(jì)ZnO壓敏電阻的性能參數(shù)，就能達(dá)到對(duì)高壓變頻器進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)的目的。

三、結(jié)論

綜上分析，本文認(rèn)為將一只ZnO壓敏電阻接于逆變部分輸入直流母線兩端和三只參數(shù)相同ZnO壓敏電阻三相三角形接法接于逆變部分輸出，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中性點(diǎn)箱位三電平高壓變頻器的過(guò)電壓保護(hù)。