劉念慶

摘要：真空斷路器具有滅弧電壓低、滅弧能力強、分?jǐn)嗨俣瓤?、開斷容量大、使用壽命長、適應(yīng)頻繁操作等特點，在電力系統(tǒng)中逐漸取代了其它類型開關(guān)，得到了廣泛的應(yīng)用。但真空斷路器在開斷過程中會產(chǎn)生過電壓，若在運行中使用不當(dāng)，也會造成斷路器爆炸等事故，給安全生產(chǎn)帶來重大影響。因此結(jié)合生產(chǎn)實際，研究和探討過電壓產(chǎn)生的原因，并采取一定的防護措施是非常必要的。

關(guān)鍵詞：真空斷路器;過電壓;防護

真空斷路器以具備良好的滅弧特性，體積小，重量輕，操作功率小，動作快，開斷容量大，不產(chǎn)生高壓氣體及有毒氣體，無火災(zāi)及爆炸危險，不污染環(huán)境，適宜頻繁操作，電氣壽命長，運行可靠性高，不檢修周期長的優(yōu)勢，在當(dāng)今我國電力工業(yè)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造、化工、冶金、鐵道電氣化行業(yè)里得到了廣泛的應(yīng)用。因此，我們必須從加強運行管理和采取防護措施來抑制操作過電壓，以保證電網(wǎng)的安全運行。

在以往的改造中，為消除泄漏點，實現(xiàn)無油化，將制粉系統(tǒng)電動機SN10--Ⅰ型油開關(guān)更換為ZN28—10型真空開關(guān)，更換開關(guān)后，在運行中發(fā)現(xiàn)，電動機接線盒處引線相間及相對地間絕緣擊穿現(xiàn)象及電動機端部線圈絕緣擊穿現(xiàn)象比原來明顯增加，后加裝了氧化鋅避雷器，情況得到改善，但還是不理想，最終，將氧化鋅避雷器更換為三相組合式過電壓保護器（TBP），問題得到了解決。

下面，我就真空斷路器操作過電壓對電動機的危害及其限制措施分析如下：

1真空斷路器操作過電壓對電動機的危害

真空斷路器在開斷高壓電動機等感性負(fù)載時，產(chǎn)生的操作過電壓可分為截流過電壓，三相同時開斷過電壓和多次重燃過電壓。

截流過電壓是由于電流的突然截斷而產(chǎn)生的。當(dāng)斷路器斷開后，由于電感中的電流不能突變，只有向負(fù)載側(cè)的相地及相間電容充電。因電容值一般較小，負(fù)載側(cè)相地及相間將會出現(xiàn)較高幅值的過電壓。

多次重燃過電壓是由于弧隙發(fā)生多次重燃，電源多次向負(fù)載側(cè)的電容進行充電而產(chǎn)生的。因此，電容被充電時可能達到的最大電壓數(shù)值要大，擊穿次數(shù)越多，過電壓幅值越高。

三相同時開斷過電壓是由于斷路器首先開斷相弧隙重燃時，流過該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而產(chǎn)生的。

真空斷路器在開斷高壓電動機時產(chǎn)生的操作過電壓的特點為，在通常情況下開關(guān)截流和多次重燃時，相間過電壓為對地過電壓的1.5倍，而開斷三相同步截流時，相間過電壓為對地過電壓的2倍，因此，真空斷路器在開斷高壓電動機時產(chǎn)生的相間操作過電壓在通常情況下是相地操作過電壓的1.5—2倍，真空斷路器在開斷高壓電動機時，特別是在開斷啟動過程中的高壓電動機時相間操作過電壓可能會超過4倍的額定電壓，嚴(yán)重危及電動機的絕緣。

2電動機的絕緣耐壓水平

根據(jù)國標(biāo)GB311。1—1997規(guī)定，最高電壓在1KV≦Um≦252KV的范圍內(nèi)，電氣設(shè)備的相間絕緣耐受電壓與相對地絕緣耐受電壓值相同。以高壓電動機的絕緣耐受電壓水平為例，對于運行中的高壓電動機，其相對地和相對相之間的絕緣所能承受的過電壓數(shù)值可計算如下：

一般電動機的一分鐘工頻耐壓值為2Ue+1。對已運行的電動機取上述耐壓值的75%（Ue為電動機的額定電壓，電動機絕緣的沖擊系數(shù)取1.15）即電動機的沖擊耐壓值為

Us=√2（2Ue+1）×1.15×75%

以6kV電壓等級電動機為例，其相對地和相對相之間的絕緣的沖擊耐壓水平按式計算結(jié)果如下：

Us=√2（2×6+1） ×1.15×75%=15.9kV

3三相過電壓保護器應(yīng)滿足的條件

在電力系統(tǒng)為避免由于真空斷路器截流產(chǎn)生的操作過電壓，特別是相間過電壓對系統(tǒng)的危害，通常采用氧化鋅避雷器，阻容保護，三相組合式過電壓保護器來限制過電壓，無論采用哪一種保護器，都應(yīng)當(dāng)滿足以下條件：

（1）為能有效地防止過高的操作過電壓對電氣設(shè)備的絕緣造成危害，過電壓保護器的保護水平應(yīng)低于被保護對象的電氣設(shè)備的絕緣沖擊耐壓水平。

（2）由于電氣設(shè)備的相間絕緣水平與相地絕緣水平一致，因此過電壓保護器的相間保護水平與相地保護水平也一致。

（3）正常和單相接地工作情況并考慮了電壓波動15%的情況下，過電壓保護器自身應(yīng)能安全可靠地運行，對于由氧化鋅閥片構(gòu)成的無間隙的過電壓保護器，荷電率K2是表征氧化鋅閥片在某一電壓下長期運行的壽命指標(biāo)，氧化鋅閥片的荷電率為：K2=√2×1.1×1.15Ue/U1mA。

（Ue為設(shè)備額定電壓，U1mA為氧化鋅閥片直流1mA參考電壓：在使用中荷電率應(yīng)低于0.75才能保證氧化鋅避雷器自身安全可靠地運行。）

4 常規(guī)氧化鋅避雷器

由于無間隙氧化鋅避雷器在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，作用在健全相的氧化鋅避雷器上所承受的持續(xù)運行電壓為√3倍相電壓，由于荷電率較高，無間隙氧化鋅避雷器在系統(tǒng)單相接地情況下?lián)p壞較多，故要求無間隙氧化鋅避雷器的持續(xù)運行電壓應(yīng)按線電壓考慮，同時，保護性能不能降低。顯然，無間隙氧化鋅避雷器很難同時滿足上述兩個條件，而帶串聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器解決了氧化鋅閥片的荷電率過高的問題，并可同時滿足上述兩個條件，本文僅對帶串聯(lián)間隙的常規(guī)氧化鋅避雷器分析如下：

以6kV系統(tǒng)考慮，根據(jù)國標(biāo)GB11032---89規(guī)定，6kV系統(tǒng)保護電動機的氧化鋅避雷器持續(xù)運行電壓UC=6.3×1.1/√3=4kV，直流1mA參考電壓U1mA≥11.3kV，在流過100A操作沖擊電流時氧化鋅避雷器的殘壓

U100A=K1×U1mA=1.4×11.3=15.8kV（K1為殘壓比）

因此，常規(guī)氧化鋅避雷器的相對地保護水平為15.8kV相對相保護水平為15.8×2=31.6kV

前面已對6kV電動機的相對地及相對相絕緣耐壓水平作了計算，均為15.9kKV，因此可以得出結(jié)論，常規(guī)星型接法氧化鋅避雷器對高壓電動機的相對地絕緣保護作用比較勉強，而相對相絕緣則完全不能起保護作用。

5三相組合式過電壓保護器（TBP）

三相組合式過電壓保護器是由帶串聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器組合而成的過電壓保護器，由四個帶串聯(lián)間隙的氧化鋅閥片單元構(gòu)成，采用組合式結(jié)構(gòu)并以四星型方式聯(lián)結(jié)，采用這種特殊結(jié)構(gòu)和接線方式使得它擁有比常規(guī)氧化鋅避雷器更優(yōu)越的特性：

（1）在TBP中采用氧化鋅非線性電阻和放電間隙相組合的結(jié)構(gòu)，兩者互為保護，放電間隙使氧化鋅電阻的荷電率為零，不存在老化問題，氧化鋅電阻的非線性特性又使放電間隙動作后立即熄弧，無續(xù)流，無截波，放電間隙不再承擔(dān)滅弧任務(wù)，提高了使用壽命。

（2）TBP通過改善間隙的結(jié)構(gòu)以及選擇間隙之間材料的介電系數(shù)，使得其電壓沖擊系統(tǒng)接近于1，在各種電壓波形下放電電壓值均相等，不受各種操作過電壓波形的影響，過電壓保護值準(zhǔn)確，保護性能優(yōu)良。

（3）TBP采用四星型接線方式，可大大降低相間過電壓，與常規(guī)氧化鋅避雷器相比，相間過電壓降低了60-70%，保護的可靠性大為提高，另外，相對相及相對地的保護水平相同，保護電壓值低，可將操作過電壓可靠限制在被保護電動機絕緣允許范圍內(nèi)。

結(jié)語

真空斷路器是一種很有發(fā)展前途的開關(guān)，被廣泛應(yīng)用于城市配電網(wǎng)及工礦企業(yè)的變電站中，基本取代了少有斷路器等產(chǎn)品。隨著操作過電壓問題探討及防護措施的日益完善，真空斷路器必將在更多的領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用。

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