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真空斷路器操作過電壓對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的危害及對(duì)策

1 操作過電壓對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的危害

(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),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),則相當(dāng)于一個(gè)大的電感,且回路電容量較小,因此會(huì)產(chǎn)生高的過電壓,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)囊种谱饔茫@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。

(2)多次重燃過電壓。多次重燃過電壓是由于弧隙發(fā)生多次重燃,電源多次向電機(jī)電容進(jìn)行充電而產(chǎn)生的。在真空斷路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(zhǎng)C回路充放電的振蕩電源,如果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。如果觸頭開距不夠大,就會(huì)發(fā)生第二次重燃,再滅弧、再重燃以致發(fā)生多次重燃現(xiàn)象,多次的充放電振蕩,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)生多次重燃過電壓,損壞電氣設(shè)備。

(3)三相開斷過電壓。三相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電流迅速過零,致使未開斷相隨之被切斷,在其他兩相弧隙中產(chǎn)生類似較大水平的截流現(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)三相開斷過電壓。

2 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)LC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)產(chǎn)生過電壓危害電機(jī)絕緣及回路電路內(nèi)的電氣設(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)備能安全可靠地運(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(MOA)、三叉戟過電壓保護(hù)器(TBP)、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,被保護(hù)設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1保護(hù)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)單位:kV


保護(hù)設(shè)備參數(shù)MOATBPJPB系統(tǒng)額定電壓610610610電動(dòng)機(jī)額定電壓610610610發(fā)電機(jī)額定電壓6.310.56.310.56.310.5保護(hù)器額定電壓7.612.77.612.77.612.7工頻放電電壓>  11.017.816.026.0直流參考電壓>11.318.910.016.510.017.0沖擊放電電壓<15.025.015.625.214.025.0雷電沖擊放電電壓<19.031.018.028.817.029.0操作波殘壓15.025.015.024.814.024.0

根據(jù)絕緣配合規(guī)程的要求,耐受電壓水平最小應(yīng)超出保護(hù)水平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,并允許運(yùn)行2h,在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1中所列的保護(hù)水平看,MOA避雷器保護(hù)電機(jī)的水平最差,TBP和JPB雖好于MOA,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生產(chǎn)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RC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2~2.5倍以下。目前有三種形式的RC保護(hù)器,即中性點(diǎn)直接接地的普通型RC保護(hù)器;中性點(diǎn)不接地型RC保護(hù)器;雙路RC過電壓保護(hù)器。普通型RC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RC保護(hù)器電阻燒損。不接地型RC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RC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RC裝置電阻燒損問題。

3 注意的問題

目前生產(chǎn)的真空斷路器大多數(shù)為普通配電型真空斷路器,已有不少單位廣泛采用,但在發(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)和不足:①發(fā)電機(jī)隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),其絕緣水平逐漸下降,真空斷路器的操作過電壓與電機(jī)的絕緣水平配合幾乎沒有多少裕度;②發(fā)電機(jī)回路斷路器的技術(shù)性能要求比較嚴(yán)格,使用條件嚴(yán)酷,要求發(fā)電機(jī)斷路器切斷直流分量值要大于60%或80%的額定開斷電流,普通配電型真空斷路器很難達(dá)到;③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)生的電容量,如果使用RC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。

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