真空斷路器操作過電壓對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的危害及其所采取的措施

1、真空斷路器操作過電壓對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的危害及其所采取的措施摘要通過對(duì)真空斷路器操作過電壓的產(chǎn)活力理以及我國(guó)目前消費(fèi)的保護(hù)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)的分析計(jì)算，提出了真空斷路器產(chǎn)生截波過電壓對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的危害及其所采取的措施，以及裝設(shè)過電壓保護(hù)器后對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的影響，特別在電機(jī)回路中應(yīng)用真空斷路器時(shí)，除具有完善的保護(hù)措施外，還應(yīng)注意一些其它問題，使真空斷路器的優(yōu)良性能得到充分發(fā)揮。關(guān)鍵詞真空斷路器操作過電壓電機(jī)回路危害性對(duì)策近年來，真空斷路器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，由此而產(chǎn)生的一些問題也引起人們的關(guān)注。由于真空斷路器在截流、重燃或三相斷開時(shí)會(huì)產(chǎn)生操作過電壓，其操作過電壓幅值可以使電機(jī)等設(shè)備絕緣擊穿，相間導(dǎo)體閃路，

2、引起事故擴(kuò)大，造成不應(yīng)有的損失，人們逐漸認(rèn)識(shí)到這種危害的嚴(yán)重性，于是開發(fā)出了多種用于限制真空斷路器操作過電壓的設(shè)備，如金屬氧化物避雷器、阻容吸收器、組合式過電壓保護(hù)器等產(chǎn)品，但由于選用不當(dāng)或保護(hù)設(shè)備技術(shù)性能的不適用或未考慮被保護(hù)設(shè)備的特殊情況，運(yùn)行時(shí)的事故仍時(shí)有發(fā)生。1、真空斷路器操作過電壓對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的危害在真空斷路器前后兩側(cè)均存在著電感、電容，電感那么為電機(jī)的等效電感和導(dǎo)體及變壓器的等效電感;電容為導(dǎo)體對(duì)地及相間的等效電容、電機(jī)的等效電容等。真空斷路器開斷電機(jī)回路時(shí)產(chǎn)生截流過電壓、屢次重燃過電壓及三一樣時(shí)截流過電壓等三種危害。1、1截流過電壓由于真空斷路器有良好的滅弧性能，當(dāng)開斷小電流時(shí)，真

3、空電弧在過零前就會(huì)熄滅，由于電流被突然切斷，其滯留于電機(jī)等電感繞組中的能量必然向繞組的雜散電容充電，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶?chǎng)能量。對(duì)于電機(jī)和變壓器，特別是空載或容量較小時(shí)，那么相當(dāng)于一個(gè)大的電感，且回路電容量較小，因此會(huì)產(chǎn)生大的過電壓，特別是開斷空載變壓器時(shí)更危險(xiǎn)。從理論上講可以產(chǎn)生很高的過電壓，但由于觸頭和回路中有一定的電阻產(chǎn)生損耗以及發(fā)生擊穿，對(duì)過電壓值有相當(dāng)?shù)囊种谱饔?，但這種抑制作用是有限的，不能消除在切斷小電流時(shí)出現(xiàn)的過電壓。因此特別對(duì)感應(yīng)負(fù)載在采用真空斷路器作為操作元件時(shí)，應(yīng)加裝過電壓保護(hù)設(shè)備。1、2屢次重燃過電壓屢次重燃過電壓是由于弧隙發(fā)生屢次重燃，電源屢次向電機(jī)電容進(jìn)展充電而產(chǎn)生的。在真空斷路

4、器切斷電流的過程中，觸頭的一側(cè)為工頻電源，另一側(cè)為l回路充放電的振蕩電源，假如觸頭間的開距不夠大，兩個(gè)電壓疊加后就會(huì)使弧隙之間發(fā)生擊穿，斷路器的恢復(fù)電壓就會(huì)升高。假如觸頭開距增的不夠大，就會(huì)發(fā)生第二次重燃，再滅弧，再重燃以致發(fā)生屢次重燃現(xiàn)象，屢次的充放電振蕩，觸頭間的恢復(fù)電壓逐級(jí)升高，負(fù)載端的電壓也不斷升高，致使產(chǎn)生屢次重燃過電壓，損壞電氣設(shè)備。實(shí)驗(yàn)證明，電機(jī)匝間絕緣的損壞主要是由于真空斷路器屢次重燃引起的電壓逐級(jí)升高造成的，特別是在切斷電機(jī)的啟動(dòng)電流時(shí)極易發(fā)生過電壓。1、3三一樣時(shí)開斷過電壓三一樣時(shí)開斷過電壓是由于斷路器首先開斷相弧隙產(chǎn)生重燃時(shí)，流過該相弧隙的高頻電流引起其余兩相弧隙中的工頻

5、電流迅速過零，致使未開斷相隨之被切斷，在其他二相弧隙中產(chǎn)生類似較大程度的截流現(xiàn)象，從而產(chǎn)生更高的操作過電壓，所產(chǎn)生的過電壓是加在相與相之間的絕緣上。在開斷中小容量電機(jī)或輕負(fù)載情況下容易出現(xiàn)三一樣時(shí)開斷電壓。2、電機(jī)回路中應(yīng)用真空斷路器應(yīng)采取的措施由于電機(jī)繞組存在較大的電感量，以及繞組的匝間電容、對(duì)地電容和雜散電容的存在，相當(dāng)于一個(gè)l振蕩回路，根據(jù)真空斷路器操作過電壓產(chǎn)生的機(jī)理，當(dāng)切斷小電流時(shí)容易產(chǎn)生過電壓危害電機(jī)絕緣及回路電器設(shè)備，因此必須采取措施限制操作過電壓，以保護(hù)電氣設(shè)備能平安可靠地運(yùn)行，同時(shí)擴(kuò)大真空斷路器的應(yīng)用范圍。目前國(guó)內(nèi)采取的措施有裝設(shè)金屬氧化物避雷器a、三叉戟過電壓保護(hù)器tbp、

6、組合式過電壓保護(hù)器jpb等，以上三種設(shè)備均采用氧化鋅閥片作為主要元件，各保護(hù)設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。式中，k為沖擊系數(shù)，取k=1.15對(duì)6kv電動(dòng)機(jī)和6.3kv發(fā)電機(jī)，us=15.916.6(kv)對(duì)10kv電動(dòng)機(jī)和10.5kv發(fā)電機(jī)，us=25.626.8(kv)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的試驗(yàn)電壓:us=1.5ue對(duì)6kv電機(jī)，us=9kv(有效值)，沖擊值us=12.7kv對(duì)10kv電機(jī)，us=15kv(有效值)，沖擊值us=21.2kv根據(jù)絕緣配合規(guī)程的要求，耐受電壓程度最小應(yīng)超出保護(hù)程度15%，同時(shí)由于在10kv及以下系統(tǒng)中不接地或經(jīng)過消弧線圈接地，且當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，健全相電壓升至線電壓，并

7、允許運(yùn)行2h，這種情況下將使避雷器嚴(yán)重過熱而損壞。從電機(jī)試驗(yàn)電壓計(jì)算值及表中所列的保護(hù)程度看，a避雷器保護(hù)電機(jī)的程度最差，tbp和jpb雖好于a，但裕度太小，保護(hù)性能仍不理想，因此，當(dāng)真空斷路器產(chǎn)生操作過電壓時(shí)，不能很好地保護(hù)電機(jī)。目前有些廠家研制并消費(fèi)了旨在限制真空斷路器操作過電壓危及電機(jī)絕緣的新產(chǎn)品r阻容吸收器，它可使絕大多數(shù)電路的操作過電壓降至電源電壓峰值的22.5倍以下。目前有三種形式的r保護(hù)器，即中性點(diǎn)直接接地的普通型r保護(hù)器;中性點(diǎn)不接地型r保護(hù)器;雙路r過電壓保護(hù)。普通型r保護(hù)器存在著當(dāng)單相短路時(shí)電容電流過大導(dǎo)致饋電回路全部跳閘，特別對(duì)于有高頻分量的場(chǎng)所，使得r保護(hù)器電阻燒損;不

8、接地r保護(hù)器雖然解決了因電容電流過大而跳閘以及燒電阻的問題，但對(duì)于相對(duì)地之間的高頻振蕩沒有消除，使得事故發(fā)生率略高；雙路r過電壓保護(hù)器既解決了對(duì)地電路中的高頻振蕩，又解決了對(duì)地電流過大和r-裝置電阻燒損問題。但是不管哪種r保護(hù)器，當(dāng)它應(yīng)用在不接地系統(tǒng)中時(shí)，按規(guī)程要求在電容電流不大于34a時(shí)，可帶負(fù)荷運(yùn)行2h，其r回路中的電容無疑增大了回路的電容電流，假如超過或接近規(guī)程規(guī)定值那么可能需要裝設(shè)消弧線圈或接地電阻，增加了設(shè)備和投資，因此應(yīng)對(duì)其進(jìn)展正確分析和選用。根據(jù)各廠家的資料，r裝置中電容量為0.1f，電阻為100，其容抗為x=1/，=2fn。其電容電流在10kv回路中為:i=ue/x=ue2fn

9、=1023.14500.1=0.32(a)在6kv回路中電容電流為:i=623.14500.1=0.2(a)從以上計(jì)算可知，每臺(tái)r裝置的電容電流將到達(dá)0.20.32a之間。假如在一條母線上連接著510臺(tái)r裝置，再加上電機(jī)回路的電容電流有可能超過規(guī)程規(guī)定的允許值，那么在電機(jī)中性點(diǎn)必須裝設(shè)消弧線圈或電阻以保護(hù)設(shè)備的平安運(yùn)行。因此，在電機(jī)回路特別是在發(fā)電機(jī)回路中選擇設(shè)備時(shí)，不僅要考慮電機(jī)回路的電容電流，同時(shí)要考慮分支回路的對(duì)地電容和用于保護(hù)真空斷路器的r裝置的電容電流，這一問題往往被設(shè)計(jì)人員及廠家、運(yùn)行管理人員所無視。3、發(fā)電機(jī)回路中應(yīng)用真空斷路器應(yīng)注意的一些問題目前消費(fèi)的真空斷路器大多數(shù)為普通配電

10、型真空斷路器，已有不少單位在一些中小水電機(jī)組、電機(jī)回路和企業(yè)小型機(jī)組中廣泛采用，用戶也感到比使用少油斷路器簡(jiǎn)單、方便、無維護(hù)工作量、尺寸孝安裝更換快等優(yōu)點(diǎn)，也考慮了裝設(shè)過電壓保護(hù)裝置。即使這樣，在發(fā)電機(jī)回路中裝設(shè)普通配電型真空斷路器仍存在一些缺點(diǎn)和缺乏發(fā)電機(jī)隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，其絕緣程度逐漸下降，真空斷路器的操作過電壓與電機(jī)的絕緣程度配合幾乎沒有多少裕度;發(fā)電機(jī)回路斷路器的技術(shù)性能要求比擬嚴(yán)格，使用條件嚴(yán)酷，如切斷直流分流標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)電機(jī)斷路器切斷直流分量值為大于60%或80%的額定開斷電流，普通配電型真空斷路器很難到達(dá);由于發(fā)電機(jī)本身的電容量水輪發(fā)電機(jī)大于汽輪發(fā)電機(jī)，加上較長(zhǎng)的引出線及分支線產(chǎn)

11、生的電容量，假如使用r過電壓保護(hù)器，還應(yīng)加上保護(hù)器的電容量，使在發(fā)生單相接地時(shí)電容電流較大，就會(huì)引起不必要的跳閘或在中性點(diǎn)增加設(shè)備如消弧線圈、接地電阻等，從而會(huì)引起斷電保護(hù)復(fù)雜化。在工程的初步設(shè)計(jì)階段，重要的工作之一就是設(shè)備選型，為了選擇適宜的設(shè)備有必要對(duì)發(fā)電機(jī)的電容電流作出初步估算。計(jì)算發(fā)電機(jī)電容值有多個(gè)不同的公式，有些那么需應(yīng)用電磁計(jì)算的有關(guān)參數(shù)，在初步設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用受到一定的限制，因此可采用比擬簡(jiǎn)單的美國(guó)ge公司的計(jì)算公式:f=3kdsn/un(1+0.08un)式中:kd為對(duì)有阻尼的凸極電機(jī)取0.0317;sn為發(fā)電機(jī)容量;un為發(fā)電機(jī)額定電壓。求得發(fā)電機(jī)的電容后，可根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定相電壓

12、ux求得電機(jī)的電容電流:ir=fux10-6式中:ux為發(fā)電機(jī)額定相電壓v。通過對(duì)發(fā)電機(jī)回路電容電流的計(jì)算，以及其他條件，可確定發(fā)電機(jī)回路是否采用真空斷路器，假設(shè)采用真空斷路器，采用何種限制操作過電壓的措施，以及確定發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式。4、結(jié)語通過對(duì)真空斷路器操作過電壓的產(chǎn)活力理以及我國(guó)目前消費(fèi)的保護(hù)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)的分析和計(jì)算，指出了在電機(jī)回路中裝設(shè)真空斷路器時(shí)，必須有完善的保護(hù)設(shè)備來限制真空斷路器的操作過電壓，更好地保護(hù)主設(shè)備，才能不斷地?cái)U(kuò)大真空斷路器的使用范圍，使電力系統(tǒng)平安、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。特別是在發(fā)電機(jī)回路中使用真空斷路器時(shí)，更要慎重，不可盲目使用，除具有完善的保護(hù)措施外，還要考慮其絕緣程度配合、發(fā)電機(jī)回路的電容電流、切斷直流分