聯(lián)系人：曹經(jīng)理 138-0525-1312
施進(jìn)行了分析，找出了吸收過電壓的裝置一RC阻容保護(hù)裝置，并通過在啟動頻繁的780KW磨煤電動機(jī)真空斷路器進(jìn)行了錄波試驗，進(jìn)一步證實(shí)了RC阻容保護(hù)在吸收過電壓方面的優(yōu)越性，通過參數(shù)選擇，在部分電動機(jī)進(jìn)行了應(yīng)用試驗，效果很好。
真空斷路器具有結(jié)構(gòu)簡單維護(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臺高壓電動機(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)生較高過電壓，對電機(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機(jī)在切合過程中多次發(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機(jī)產(chǎn)生過電壓的真實(shí)情況，以便采用正確的保護(hù)措施。為此，對ZN5―10型真空斷路器切合高壓電動機(jī)的過電壓情況進(jìn)行了錄波試驗，在試驗的基礎(chǔ)上找出了的過電壓保護(hù)措施，即加裝RC阻容保護(hù)裝置對過電壓進(jìn)行了吸收，收到良好的限制過電壓效果。
2產(chǎn)生過電壓的機(jī)理真空斷路器在切合感應(yīng)電動機(jī)時，不可避免的要產(chǎn)生過電壓，過電壓的產(chǎn)生由以下幾個方面引起。
2.1.截流過電壓所謂截流過電壓就是工頻電流自然過零之前發(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，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時被截斷，則電動機(jī)漏感L中將儲存+LI2的磁能，在電動機(jī)等值電容C中將儲存+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，即截流過電壓。根據(jù)上述過程可推導(dǎo)出高頻振蕩過電壓最大值：5~0.7由上式可見，截流過電壓大小與截流Io和電動機(jī)特性阻抗z=/LTC有關(guān)。開斷容量較小的電動機(jī)，由于截流值Io較小，過電壓較低。開斷數(shù)千千瓦的大容量電動機(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，過電壓也較低。但是當(dāng)開斷數(shù)百千瓦中等容量的電動機(jī)時，由于1及Z都較大，過電壓較高。該廠用真空斷路器操作的電動機(jī)容量，除給水電動機(jī)為2300KW外，其余的電動機(jī)大都在310 800KW之間，正是過電壓較重的情況，必須采取可靠的保護(hù)措施。
2.2多次重燃引起的過電壓真空斷路器在切斷高壓感應(yīng)電動機(jī)時，在電流過零瞬間，電弧被熄滅。這時動、靜觸頭開距很小，電流過零后，電壓恢復(fù)速度超過動靜觸頭間介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度，電弧熄滅后，動靜觸頭間又被擊穿，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，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)速度超過電壓的恢復(fù)速度，電弧才會被熄滅。
重燃過電壓的幅值很高，且過電壓波上升時間是十分之幾微秒，波頭極陡，過電壓將集中在電機(jī)首端幾匝繞組上，造成電動機(jī)匝間絕緣擊穿，對電動機(jī)的絕緣危害極大。
由測試數(shù)據(jù)知，當(dāng)波頭在1. 5us以下時，高頻重燃過電壓加在電動機(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真空斷路器閉合時預(yù)擊穿所引起的過電壓在真空斷路器閉合時，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，并流過高頻振蕩電流，同時在高頻電流第一個過零點(diǎn)熄滅，這樣會發(fā)生多次擊穿，并將產(chǎn)生瞬間過電壓，其峰值一般不超過系統(tǒng)電壓的3倍，但頻率高達(dá)1MHz，波頭極陡，每次電動機(jī)啟動時都會發(fā)生，對電動機(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”，此時發(fā)生預(yù)擊穿的時間會愈早，預(yù)擊穿次數(shù)會愈多，危害更大。另外，由于真空斷路器觸頭的彈跳造成的過電壓危害也很大。
由上邊的分析得知，電動機(jī)在啟停時所產(chǎn)生的過電壓，特別是波前陡，頻率高的過電壓波，對電動機(jī)的危害，造成電機(jī)絕緣嚴(yán)重?fù)p壞，有時會發(fā)生絕緣擊穿短路，燒壞電動機(jī)。
3過電壓保護(hù)措施對真空斷路器操作產(chǎn)生的過電壓，國內(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電壓不高時，避雷器工作在高阻區(qū)，即對過程無影響，當(dāng)出現(xiàn)高幅值過電壓并超過避雷器的起始動作電壓（通過1mA直流電流時的壓降）時，避雷器工作點(diǎn)移到低阻區(qū)，吸收過電壓的能量，從而抑制過電壓。
根據(jù)上述過程，避雷器起始動作電壓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)；若電動機(jī)絕緣水平取預(yù)防性耐壓試驗電壓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就是在過電壓作用下避雷器可能通過的最大電流與1mA電流時電壓降之比。可見為使避雷器能可靠的保護(hù)電動機(jī)絕緣，必須保證：實(shí)際上目前國內(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。對于操作頻繁的電動機(jī)，考慮到絕緣損傷的累積效應(yīng)，氧化鋅避雷器作為電動機(jī)過電壓保護(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)生電動機(jī)絕緣擊穿事故。
3.2阻容吸收保護(hù)裝置RC阻容過電壓保護(hù)裝置是由電容和電阻串聯(lián)組成的，電容是一個簡單的低通濾波器，它對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)計得當(dāng)，使它瞬變頻率時的阻抗大大低于電壓阻抗，構(gòu)成一個分壓器，把它并聯(lián)在用電設(shè)備上，便可有效地降低截流過電壓的波前陡度，所以特別適用于電動機(jī)的過電壓保護(hù)。
4試驗接線、試驗結(jié)果及過電壓分析4.1試驗接線按所示接線，在磨煤機(jī)電動機(jī)的開關(guān)室，在磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行測量。由斷路器的跳閘信號啟動錄波裝置，并少加延時再動作三相電流，由各相電流互感器二次分別接到示波器的三個電流輸入。
電機(jī)側(cè)三相對地電壓，由三組分壓器各經(jīng)3米長的同軸電纜接到示波器的三個電壓輸入。
4.2試驗結(jié)果及過電壓分析在磨煤機(jī)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程，錄得20多次分閘時的電流、電壓波形，典型示波圖如所由試驗結(jié)果可知，用真空斷路器切輕載電動機(jī)出現(xiàn)截流現(xiàn)象及相應(yīng)的截流過電壓，由于測量數(shù)據(jù)有限，不能精確統(tǒng)計出過電壓的最高倍數(shù)，但從所測數(shù)據(jù)中測得的平均過電壓倍數(shù)約為2.0倍，按正態(tài)分布進(jìn)行處理后可得出最高過電壓倍數(shù)為2.8，已超過電動機(jī)預(yù)防性試驗電壓的峰值Umax=2. 6Uy若再考慮到電機(jī)絕緣損傷的積累效應(yīng)，此過電壓對電機(jī)絕緣將造成嚴(yán)重威脅，必須采取保護(hù)措施。
在上述780KW電動機(jī)回路中，在真空斷路器小車內(nèi)，在斷路器電動機(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，同樣在電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，錄得多次分合閘時的電流、電壓波形，典型示波圖如所。與對比，截流值使過電壓現(xiàn)象明顯減弱，實(shí)測結(jié)果證明了上述阻容保護(hù)吸收裝置效果好，故決定在啟動頻繁的磨煤機(jī)電動機(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斷情況下都能畫成單相等值電路，圖中Ly為電動機(jī)的漏感，由于短路試驗結(jié)果求得，不同容量電動機(jī)的列表1中，C及所選阻容吸收裝置的參數(shù)。
當(dāng)一相首先開斷（如圖所示）時，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)值變化對其影響不是很明顯，同時為了減小正常工作的損耗，R=200歐姆。
表1C計算值電動機(jī)容量（KW/）首先斷開一相后斷開兩相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電動機(jī)將產(chǎn)生對電機(jī)絕緣有危險的截流過電壓；采用FY―6氧化鋅避雷器作電動機(jī)的過電壓保護(hù)，由于避雷器保護(hù)特性與電動機(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）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)也大大提高了相對地的電壓保護(hù)值。這樣的保護(hù)值根本不能保護(hù)電動機(jī)的絕緣，增加串聯(lián)間隙，僅增強(qiáng)了耐受持續(xù)時間較長的內(nèi)部過電壓能力，而不能解決Ul00A=U相間的問題。
近年來，國內(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，相與相之間的過電壓大為降低，提高了保護(hù)性能。下面來分析其保護(hù)性能。
5.1相間過電壓保護(hù)：當(dāng)三相中任意兩相之間發(fā)生過電壓時，P1，P2，P3三個保護(hù)單元中的兩相則通過各自的間隙兩兩串聯(lián)放電，氧化鋅閥片導(dǎo)通限壓；過電壓消失后，因氧化鋅閥片的泄漏很小，放電間隙自動恢復(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)了高壓電動機(jī)相對相之間的絕緣。
5.2相對地過電壓保護(hù)：當(dāng)三相中任意一相與地之間發(fā)生過電壓，P1，P2，P3三個保護(hù)元件的相應(yīng)一相和接地單元P4之間通過各自的間隙兩兩串聯(lián)放電，氧化鋅閥片導(dǎo)通限壓；過電壓消失后，因氧化鋅閥片的泄漏很小，放電間隙自動恢復(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)了高壓電動機(jī)相對地之間的絕緣。
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)地大大提高了相對地的電壓保護(hù)值。這樣的保護(hù)值根本不能有保持電動機(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題，氧化鋅良好的非線性伏安特性又使得間隙放電后無截波，無續(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，可將相對相之間的過電壓大為降低，提高了保護(hù)的可靠性，而且，相對相、相對地的保護(hù)電壓值低，可將操作過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電壓下長期運(yùn)行。（上接22頁）護(hù)效果不理想，因此，仍多次發(fā)生電動機(jī)絕緣擊穿的事故。
為防止電動機(jī)絕緣的擊穿，對上述真空斷路器應(yīng)改用阻容吸收裝置，于96年在啟動頻繁的磨煤機(jī)真空斷路器電動機(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)電動機(jī)，使其在運(yùn)行中不被過電壓損壞絕緣，建議在以后改造及新上高壓6kV電動機(jī)真空斷路器時，應(yīng)在設(shè)計中加裝阻容吸收保護(hù)裝置。
