聯(lián)系人：曹經(jīng)理 138-0525-1312
施進(jìn)行了分析，找出了吸收過(guò)電壓的裝置一RC阻容保護(hù)裝置，并通過(guò)在啟動(dòng)頻繁的780KW磨煤電動(dòng)機(jī)真空斷路器進(jìn)行了錄波試驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)了RC阻容保護(hù)在吸收過(guò)電壓方面的優(yōu)越性，通過(guò)參數(shù)選擇，在部分電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，效果很好。
真空斷路器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維護(hù)方便，安全可靠，適用于頻繁操作。齊魯石化熱電廠現(xiàn)有87臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)，配有ZN5―10型真空斷路器。由于真空斷路器滅弧能力較強(qiáng)，截流產(chǎn)生較高過(guò)電壓，對(duì)電機(jī)的絕緣造成了嚴(yán)重的威脅。該廠由真空斷路器操作的高壓電動(dòng)機(jī)在切合過(guò)程中多次發(fā)生絕緣擊穿事故，給安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的威脅，為了弄清真空斷路器切合高壓電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生過(guò)電壓的真實(shí)情況，以便采用正確的保護(hù)措施。為此，對(duì)ZN5―10型真空斷路器切合高壓電動(dòng)機(jī)的過(guò)電壓情況進(jìn)行了錄波試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上找出了的過(guò)電壓保護(hù)措施，即加裝RC阻容保護(hù)裝置對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行了吸收，收到良好的限制過(guò)電壓效果。
2產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理真空斷路器在切合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，不可避免的要產(chǎn)生過(guò)電壓，過(guò)電壓的產(chǎn)生由以下幾個(gè)方面引起。
2.1.截流過(guò)電壓所謂截流過(guò)電壓就是工頻電流自然過(guò)零之前發(fā)生的斷弧現(xiàn)象。真空斷路器發(fā)生截流的原因主要是在某一電流值時(shí)，由于弧柱擴(kuò)散速度太快，陰極斑點(diǎn)附近的金屬蒸汽壓力和溫度劇降，使金屬質(zhì)點(diǎn)的蒸發(fā)不能維持弧柱的擴(kuò)散，造成電弧突然熄滅。截流值的大小在很大程度上取決于觸頭材料，同時(shí)與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)。
由于截流在工頻電流I及電壓為U時(shí)被截?cái)啵瑒t電動(dòng)機(jī)漏感L中將儲(chǔ)存+LI2的磁能，在電動(dòng)機(jī)等值電容C中將儲(chǔ)存+CU2的電能。發(fā)生截流后，電容、電感回路將發(fā)生高頻振蕩，振蕩電壓很高，即截流過(guò)電壓。根據(jù)上述過(guò)程可推導(dǎo)出高頻振蕩過(guò)電壓最大值：5~0.7由上式可見(jiàn)，截流過(guò)電壓大小與截流Io和電動(dòng)機(jī)特性阻抗z=/LTC有關(guān)。開(kāi)斷容量較小的電動(dòng)機(jī)，由于截流值Io較小，過(guò)電壓較低。開(kāi)斷數(shù)千千瓦的大容量電動(dòng)機(jī)，由于其線圈的匝數(shù)較少，導(dǎo)線截面大，因而電感L小，電容大，使得特征阻抗Z很小，過(guò)電壓也較低。但是當(dāng)開(kāi)斷數(shù)百千瓦中等容量的電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于1及Z都較大，過(guò)電壓較高。該廠用真空斷路器操作的電動(dòng)機(jī)容量，除給水電動(dòng)機(jī)為2300KW外，其余的電動(dòng)機(jī)大都在310 800KW之間，正是過(guò)電壓較重的情況，必須采取可靠的保護(hù)措施。
2.2多次重燃引起的過(guò)電壓真空斷路器在切斷高壓感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，在電流過(guò)零瞬間，電弧被熄滅。這時(shí)動(dòng)、靜觸頭開(kāi)距很小，電流過(guò)零后，電壓恢復(fù)速度超過(guò)動(dòng)靜觸頭間介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度，電弧熄滅后，動(dòng)靜觸頭間又被擊穿，電弧重燃，產(chǎn)生高頻振蕩，出現(xiàn)高頻電流，頻率一般在105~106Hz這時(shí)，負(fù)載側(cè)電容電感發(fā)生電磁振蕩，產(chǎn)生更高電壓，直到介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度超過(guò)電壓的恢復(fù)速度，電弧才會(huì)被熄滅。
重燃過(guò)電壓的幅值很高，且過(guò)電壓波上升時(shí)間是十分之幾微秒，波頭極陡，過(guò)電壓將集中在電機(jī)首端幾匝繞組上，造成電動(dòng)機(jī)匝間絕緣擊穿，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣危害極大。
由測(cè)試數(shù)據(jù)知，當(dāng)波頭在1. 5us以下時(shí)，高頻重燃過(guò)電壓加在電動(dòng)機(jī)繞組上，使匝間電位分布極不均勻，有的匝間承受很高電壓，首先發(fā)生擊穿，造成電機(jī)擊穿損壞。
2.3真空斷路器閉合時(shí)預(yù)擊穿所引起的過(guò)電壓在真空斷路器閉合時(shí)，由于觸頭間隙的縮小，觸頭間隙的介質(zhì)不能承受回路電壓，以致產(chǎn)生電弧擊穿，并流過(guò)高頻振蕩電流，同時(shí)在高頻電流第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)熄滅，這樣會(huì)發(fā)生多次擊穿，并將產(chǎn)生瞬間過(guò)電壓，其峰值一般不超過(guò)系統(tǒng)電壓的3倍，但頻率高達(dá)1MHz，波頭極陡，每次電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)都會(huì)發(fā)生，對(duì)電動(dòng)機(jī)危害甚大，當(dāng)真空斷路器多次分?jǐn)嚯娏鳎谟|頭表面形成“胡須”，此時(shí)發(fā)生預(yù)擊穿的時(shí)間會(huì)愈早，預(yù)擊穿次數(shù)會(huì)愈多，危害更大。另外，由于真空斷路器觸頭的彈跳造成的過(guò)電壓危害也很大。
由上邊的分析得知，電動(dòng)機(jī)在啟停時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)電壓，特別是波前陡，頻率高的過(guò)電壓波，對(duì)電動(dòng)機(jī)的危害，造成電機(jī)絕緣嚴(yán)重?fù)p壞，有時(shí)會(huì)發(fā)生絕緣擊穿短路，燒壞電動(dòng)機(jī)。
3過(guò)電壓保護(hù)措施對(duì)真空斷路器操作產(chǎn)生的過(guò)電壓，國(guó)內(nèi)外研究了一些保護(hù)措施，目前主要采用氧化鋅避雷器和RC保護(hù)阻容吸收裝置。
3.1氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器實(shí)際上是一種非線性電阻，在正常工作電壓或過(guò)電壓不高時(shí)，避雷器工作在高阻區(qū)，即對(duì)過(guò)程無(wú)影響，當(dāng)出現(xiàn)高幅值過(guò)電壓并超過(guò)避雷器的起始動(dòng)作電壓（通過(guò)1mA直流電流時(shí)的壓降）時(shí)，避雷器工作點(diǎn)移到低阻區(qū)，吸收過(guò)電壓的能量，從而抑制過(guò)電壓。
根據(jù)上述過(guò)程，避雷器起始動(dòng)作電壓UlmA應(yīng)滿足：1一電源電壓波頭系數(shù)；1.1電阻片間分散系數(shù)；1.05―電阻老化系數(shù)；若電動(dòng)機(jī)絕緣水平取預(yù)防性耐壓試驗(yàn)電壓U則：1為沖擊系數(shù)。
避雷器保護(hù)特性通常用保護(hù)比K表示，保護(hù)比K就是在過(guò)電壓作用下避雷器可能通過(guò)的最大電流與1mA電流時(shí)電壓降之比。可見(jiàn)為使避雷器能可靠的保護(hù)電動(dòng)機(jī)絕緣，必須保證：實(shí)際上目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的氧化鋅避雷器的保護(hù)特性不能滿足上述要求，有的廠家給出K=U106a/U1mA=1.3~1.4安全系數(shù)太小。對(duì)于操作頻繁的電動(dòng)機(jī)，考慮到絕緣損傷的累積效應(yīng)，氧化鋅避雷器作為電動(dòng)機(jī)過(guò)電壓保護(hù)效果不太好，如該廠在真空斷路器上雖裝有FY―6氧化鋅避雷器，但仍經(jīng)常發(fā)生電動(dòng)機(jī)絕緣擊穿事故。
3.2阻容吸收保護(hù)裝置RC阻容過(guò)電壓保護(hù)裝置是由電容和電阻串聯(lián)組成的，電容是一個(gè)簡(jiǎn)單的低通濾波器，它對(duì)瞬變浪涌電壓起著吸收和降低波前陡度的作用，而串聯(lián)的電阻有降低沖擊電流的作用，只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，使它瞬變頻率時(shí)的阻抗大大低于電壓阻抗，構(gòu)成一個(gè)分壓器，把它并聯(lián)在用電設(shè)備上，便可有效地降低截流過(guò)電壓的波前陡度，所以特別適用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)電壓保護(hù)。
4試驗(yàn)接線、試驗(yàn)結(jié)果及過(guò)電壓分析4.1試驗(yàn)接線按所示接線，在磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)室，在磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行測(cè)量。由斷路器的跳閘信號(hào)啟動(dòng)錄波裝置，并少加延時(shí)再動(dòng)作三相電流，由各相電流互感器二次分別接到示波器的三個(gè)電流輸入。
電機(jī)側(cè)三相對(duì)地電壓，由三組分壓器各經(jīng)3米長(zhǎng)的同軸電纜接到示波器的三個(gè)電壓輸入。
4.2試驗(yàn)結(jié)果及過(guò)電壓分析在磨煤機(jī)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程，錄得20多次分閘時(shí)的電流、電壓波形，典型示波圖如所由試驗(yàn)結(jié)果可知，用真空斷路器切輕載電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)截流現(xiàn)象及相應(yīng)的截流過(guò)電壓，由于測(cè)量數(shù)據(jù)有限，不能精確統(tǒng)計(jì)出過(guò)電壓的最高倍數(shù)，但從所測(cè)數(shù)據(jù)中測(cè)得的平均過(guò)電壓倍數(shù)約為2.0倍，按正態(tài)分布進(jìn)行處理后可得出最高過(guò)電壓倍數(shù)為2.8，已超過(guò)電動(dòng)機(jī)預(yù)防性試驗(yàn)電壓的峰值Umax=2. 6Uy若再考慮到電機(jī)絕緣損傷的積累效應(yīng)，此過(guò)電壓對(duì)電機(jī)絕緣將造成嚴(yán)重威脅，必須采取保護(hù)措施。
在上述780KW電動(dòng)機(jī)回路中，在真空斷路器小車內(nèi)，在斷路器電動(dòng)機(jī)側(cè)安裝了C=0.1微法，R=200歐姆的一組阻容保護(hù)吸收裝置后，同樣在電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，錄得多次分合閘時(shí)的電流、電壓波形，典型示波圖如所。與對(duì)比，截流值使過(guò)電壓現(xiàn)象明顯減弱，實(shí)測(cè)結(jié)果證明了上述阻容保護(hù)吸收裝置效果好，故決定在啟動(dòng)頻繁的磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)加裝阻容保護(hù)。
5阻容保護(hù)吸收裝置參數(shù)的選擇所示三相電路在不同開(kāi)斷情況下都能畫成單相等值電路，圖中Ly為電動(dòng)機(jī)的漏感，由于短路試驗(yàn)結(jié)果求得，不同容量電動(dòng)機(jī)的列表1中，C及所選阻容吸收裝置的參數(shù)。
當(dāng)一相首先開(kāi)斷（如圖所示）時(shí)，圖中L=1.吸收裝置Co，Ro可按以下式求得：電壓峰值，即：Io為截流值，真空斷路器主要截流范圍為根據(jù)上海電機(jī)廠電容器的產(chǎn)品樣本作如下選擇440KW回路的真空斷路器選用GS6―1型阻容吸收裝置，C= 200歐姆。
電動(dòng)機(jī)容量310KW回路真空斷路選用GS6―2型阻容吸收裝置，C= ~400歐姆之間，但考慮到Ro的數(shù)值變化對(duì)其影響不是很明顯，同時(shí)為了減小正常工作的損耗，R=200歐姆。
表1C計(jì)算值電動(dòng)機(jī)容量（KW/）首先斷開(kāi)一相后斷開(kāi)兩相6結(jié)論采用ZN5―10真空斷路器頻繁操作數(shù)百千瓦容量的高壓6kV電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生對(duì)電機(jī)絕緣有危險(xiǎn)的截流過(guò)電壓；采用FY―6氧化鋅避雷器作電動(dòng)機(jī)的過(guò)電壓保護(hù)，由于避雷器保護(hù)特性與電動(dòng)機(jī)絕緣水平之間配合的安全系數(shù)太小，不夠可靠，保（下轉(zhuǎn)26頁(yè)）根據(jù)上面的分析可以看出，常規(guī)的氧化鋅避雷器由于其額定電壓和持續(xù)運(yùn)行電壓選值偏低，在一些情況下不僅不能起到保護(hù)設(shè)備的作用反而增加了電力系統(tǒng)的事故。如果氧化鋅避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓Uc到線電壓，相應(yīng)也大大提高了相對(duì)地的電壓保護(hù)值。這樣的保護(hù)值根本不能保護(hù)電動(dòng)機(jī)的絕緣，增加串聯(lián)間隙，僅增強(qiáng)了耐受持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的內(nèi)部過(guò)電壓能力，而不能解決Ul00A=U相間的問(wèn)題。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了一種帶串聯(lián)間隙四星接法的氧化鋅避雷器，現(xiàn)介紹如下。
5帶串聯(lián)間隙四星接法的氧化鋅避雷器帶串聯(lián)間隙四星形接法的氧化鋅避雷器接線方式如所示。
三相四星形氧化鋅避雷器的接線圖該接線方使得Ul00A=u相間，相與相之間的過(guò)電壓大為降低，提高了保護(hù)性能。下面來(lái)分析其保護(hù)性能。
5.1相間過(guò)電壓保護(hù)：當(dāng)三相中任意兩相之間發(fā)生過(guò)電壓時(shí)，P1，P2，P3三個(gè)保護(hù)單元中的兩相則通過(guò)各自的間隙兩兩串聯(lián)放電，氧化鋅閥片導(dǎo)通限壓；過(guò)電壓消失后，因氧化鋅閥片的泄漏很小，放電間隙自動(dòng)恢復(fù)。
因此，帶串聯(lián)間隙四星形接法的氧化鋅避雷器很好地保護(hù)了高壓電動(dòng)機(jī)相對(duì)相之間的絕緣。
5.2相對(duì)地過(guò)電壓保護(hù)：當(dāng)三相中任意一相與地之間發(fā)生過(guò)電壓，P1，P2，P3三個(gè)保護(hù)元件的相應(yīng)一相和接地單元P4之間通過(guò)各自的間隙兩兩串聯(lián)放電，氧化鋅閥片導(dǎo)通限壓；過(guò)電壓消失后，因氧化鋅閥片的泄漏很小，放電間隙自動(dòng)恢復(fù)。同樣，因此，帶串聯(lián)間隙四星形接法的氧化鋅避雷器很好地保護(hù)了高壓電動(dòng)機(jī)相對(duì)地之間的絕緣。
6結(jié)論綜上所述，常規(guī)的氧化鋅避雷器由于其額定電壓和持續(xù)運(yùn)行電壓選值偏低，在一些情況下不僅不能起到保護(hù)設(shè)備的作用反而增加了電力系統(tǒng)的事故。如果將氧化鋅避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓Uc提高到線電壓，相應(yīng)地大大提高了相對(duì)地的電壓保護(hù)值。這樣的保護(hù)值根本不能有保持電動(dòng)機(jī)的絕緣。
四星形接線的氧化鋅避雷器中采用的間隙使氧化鋅閥片和間隙互為保護(hù)，間隙使得在氧化鋅閥片中的荷電率為零，避免了氧化鋅閥片的老化問(wèn)題，氧化鋅良好的非線性伏安特性又使得間隙放電后無(wú)截波，無(wú)續(xù)流，間隙再不承受滅弧任務(wù)，提高了使用壽命。
氧化鋅避雷器采用四星形接法，可將相對(duì)相之間的過(guò)電壓大為降低，提高了保護(hù)的可靠性，而且，相對(duì)相、相對(duì)地的保護(hù)電壓值低，可將操作過(guò)電壓可靠地限制在被保護(hù)設(shè)備的絕緣允許范圍內(nèi)，并且在單相接地、間隙性弧光接地和諧振過(guò)電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行。（上接22頁(yè)）護(hù)效果不理想，因此，仍多次發(fā)生電動(dòng)機(jī)絕緣擊穿的事故。
為防止電動(dòng)機(jī)絕緣的擊穿，對(duì)上述真空斷路器應(yīng)改用阻容吸收裝置，于96年在啟動(dòng)頻繁的磨煤機(jī)真空斷路器電動(dòng)機(jī)側(cè)加裝阻容保護(hù)后，效果很好，但由于斷路器結(jié)構(gòu)所限，改造加裝難度大。
為了更好的保護(hù)電動(dòng)機(jī)，使其在運(yùn)行中不被過(guò)電壓損壞絕緣，建議在以后改造及新上高壓6kV電動(dòng)機(jī)真空斷路器時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)中加裝阻容吸收保護(hù)裝置。
