真空斷路器操作過電壓的保護(hù)方式分析比較

1、真空斷路器操作過電壓的保護(hù)方式分析比較作者：佚名 文章來源：不詳 點(diǎn)擊數(shù)：匡48更新時(shí)間：2008-9-26 14:21:33L: _k糾呼 m摘要：分析比較了在高壓廠用電系統(tǒng)中保護(hù)真空斷路器操作過電壓的幾種方式，提出在工程設(shè) 計(jì)中采用何種保護(hù)方式的建議。關(guān)鍵詞：操作過電壓；保護(hù)方式；分析比較；工程設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：TM 774文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1006 - 6047(1999)04- 0037 - 03隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，發(fā)電廠對廠用電系統(tǒng)斷路器的選擇要求也越來越高。由于真空斷路器開斷 容量大，可頻繁操作，檢修周期長，并可實(shí)現(xiàn)高壓廠用配電裝置的無油化，所以在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中得 到廣

2、泛應(yīng)用。但因真空斷路器本身具有強(qiáng)烈的熄弧能力，在操作過程中極易產(chǎn)生對設(shè)備絕緣危害很大的操 作過電壓。過電壓形式主要有截波過電壓，重燃過電壓和同步開斷過電壓。為確保保護(hù)真空斷路器操作的 廠用電氣設(shè)備安全運(yùn)行，必須安裝操作過電壓保護(hù)裝置。1 操作過電壓的保護(hù)方式目前工程設(shè)計(jì)中可考慮采用的真空斷路器操作過電壓的保護(hù)方式有以下幾種：氧化鋅避雷器保護(hù)，又分為普通氧化鋅避雷器保護(hù)和帶串(并)聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器保護(hù)；三相組合式過電壓保護(hù)器保護(hù)；R - C阻容過電壓吸收器保護(hù)。在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中由真空斷路器操作的電氣設(shè)備主要為電動(dòng)機(jī)和低壓變壓器，所以在此只討論對這兩類設(shè)備的操作過電壓保護(hù)。6 kV (10

3、 kV)變壓器由于設(shè)備制造的絕緣水平較高，其標(biāo)準(zhǔn)沖擊耐壓為60 kV (75 kV)，根據(jù)GB11032 - 89交流無間隙金屬氧化物避雷器的規(guī)定，電站避雷器在操作沖擊電流下殘壓為23 kV (38.3kV)，所以采用氧化鋅避雷器，即可實(shí)現(xiàn)對真空斷路器操作產(chǎn)生的過電壓保護(hù)。當(dāng)然，如采用上述其他保 護(hù)方式，保護(hù)性能更優(yōu)越。6 kV (10 kV)電動(dòng)機(jī)的絕緣水平較低，其設(shè)備制造的出廠實(shí)驗(yàn)沖擊耐壓值僅為同級(jí)電壓變壓器的25%40%。且在運(yùn)行過程中，由于受到機(jī)械、電、熱和化學(xué)的聯(lián)合作用，電機(jī)的絕緣將會(huì)老化。因此，運(yùn)行中電機(jī)主絕緣的實(shí)際沖擊耐壓值還要比岀廠耐壓值低，所以真空斷路器操作產(chǎn)生的過電壓對其危

4、害最 大。本文主要研究真空斷路器操作過電壓時(shí)對高壓廠用電動(dòng)機(jī)的影響和保護(hù)。2 各種保護(hù)方式的特點(diǎn)2.1 氧化鋅避雷器(MOA)保護(hù)2.1.1 普通MOA保護(hù)無間隙MOA的保護(hù)伏安特性如圖1所示：圖1無間隙氧化鋅避雷器伏安特性MOA特性值為：殘壓比 K仁U500A/U1mA，荷電率 K2=Ue/U1mA(般氧化鋅避雷器 K2=0.75 ，高水平的閥片避雷器 K2=0.8)。(1) 保護(hù)性能分析。根據(jù) GB 11032- 89交流無間隙金屬氧化物避雷器規(guī)定，電動(dòng)機(jī)保護(hù)氧化鋅避雷器的參數(shù)，持續(xù)運(yùn)行電壓Ue=4.0 kV,1 mA直流參考電壓U1m>11.3 kV，操作沖擊電流下殘壓Ubc &l

5、t; 15 kV。6 kV電動(dòng)機(jī)相對地和相對相之間的絕緣所能承受的過電壓水平為Up=X(2 X6+1) X 0.75 X1.15=15.9 (kV)> 15 kV(MOA 殘壓)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本技術(shù)要求GB 755 87中功率小于10 000 kW 電機(jī)的絕緣繞組，試驗(yàn)電壓 (對地和匝間絕緣)要求為1 000 V+2 倍額定電壓 (2 X6 kV+1 kV) ; 0.75為慣用法絕緣配合系數(shù)；1.15為系統(tǒng)可能出現(xiàn)最高工頻工作電壓系數(shù)。MOA可保護(hù)電動(dòng)機(jī)的相對地絕緣，但保護(hù)裕度很小。且采用普通MOA保護(hù)時(shí)，在相對相操作沖擊電流下其殘壓2 xUbc=2 X 15=30 (kV)>U

6、p，不能保護(hù)電動(dòng)機(jī)的相對相的絕緣。(2) 在工頻過電壓運(yùn)行狀態(tài)下存在的問題。在高壓廠用電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相的相對地電壓將會(huì)升高，此時(shí) MOA所承受的是Ue=1.15U 線，則其K2=、- X1.15 X U線/U1mA=0.86 。在這 樣高的荷電率下，MOA不能夠長時(shí)間承受。因此，MOA在系統(tǒng)單相接地或諧振時(shí)發(fā)生操作過電壓情況損 壞較多。要提高M(jìn)OA在系統(tǒng)保護(hù)中的運(yùn)行安全性，須將普通MOA的持續(xù)運(yùn)行電壓提高到線電壓，即Ue=1.1 X 6 kV , K2=0.75,貝U U1mA= - X1.1 X6/0.75=13.0,U500A=K1 X U>Up=15.9 kV 。

7、依據(jù)交流無間隔金屬氧化物避雷器GB 11032 - 89中的要求，制造廠一般將 K 1取為>1.4。這樣MOA又無法實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的任何絕緣保護(hù)。所以，采用普通MOA保護(hù)電動(dòng)機(jī)絕緣，存在著既要滿足 MOA的安全持續(xù)運(yùn)行電壓的要求，又要實(shí)現(xiàn)對相對地和相對相之間絕緣保護(hù)的矛盾。而按國標(biāo)生產(chǎn)的氧化鋅避雷器不能解決這個(gè)矛盾，只有進(jìn)一步提 高氧化鋅避雷器的性能， 或改進(jìn)氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)，充分利用ZnO的特性，才能實(shí)現(xiàn)氧化鋅避雷器對電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。2.1.2 帶串（并）聯(lián)間隙MOA保護(hù)（1）性能分析。 帶串聯(lián)間隙的MOA，國內(nèi)產(chǎn)品目前殘壓為 19 kV,西門子公司產(chǎn)品可達(dá)15 kV ;國內(nèi)可生產(chǎn)殘壓為

8、15 kV的帶并聯(lián)間隙的 MOA。由于采用串聯(lián)間隙，因此直流1 mA參考電壓選擇時(shí)可不必考慮荷電率，只需保證間隙在單相接地等工頻過電壓下能可靠熄弧。所以，閥片的直流1 mA參考電壓選取略大于系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的最大峰值電壓即可保證避雷器安全運(yùn)行。對于帶并聯(lián)間隙的MOA，當(dāng)避雷器系統(tǒng)操作過電壓下動(dòng)作時(shí)，可有效分流沖擊電流，減小了閥片的通流容量，從而提高了避雷器運(yùn)行的安全性。從上述分析可知，采用帶串（并）聯(lián)間隙的MOA保護(hù)高壓廠用電系統(tǒng)操作過電壓，可提高M(jìn)OA的安全性。且?guī)Т?lián)間隙的 MOA的性能優(yōu)于帶并聯(lián)間隙的 MOA。但也不能保護(hù)電動(dòng)機(jī)的相對相的絕緣。（2）存在的問題。對于帶串聯(lián)間隙的MOA，由于

9、串聯(lián)間隙在運(yùn)行過程中存在氧化的問題，所以長期運(yùn)行后使間隙的性能產(chǎn)生改變，從而影響保護(hù)器的絕緣保護(hù)性能，并增加了間隙放電的分散度。對于帶并聯(lián)間隙的 MOA，由于其閥片的直流1 mA參考電壓與普通 MOA的一樣，若高壓廠用電系統(tǒng) 發(fā)生單相接地故障后未及時(shí)切除，非故障相的相對地電壓將會(huì)升高，在高荷電率情況下長期運(yùn)行，將損壞MOA。綜上所述，采用帶串（并）聯(lián)間隙MOA保護(hù)真空斷路器操作過電壓，可以在保證設(shè)備安全運(yùn)行的前提 下，保護(hù)電動(dòng)機(jī)的相地絕緣，但不能保護(hù)電動(dòng)機(jī)的相對相的絕緣。一般情況下，真空斷路器開斷后產(chǎn)生的過電壓，主要為相地過電壓。由于真空斷路器各相開斷的截流 相差不大，且各相回路的電感（L）和

10、電容（C）基本相同，相間電壓值一般不會(huì)很大，只有在特殊情況下才發(fā) 展為較高的相間過電壓。所以采用帶串（并）聯(lián)間隙MOA保護(hù)電動(dòng)機(jī)基本可滿足工程要求。2.2 三相組合式過電壓保護(hù)器保護(hù)2.2.1 保護(hù)原理(見圖2)由圖2可知，三相組合式過電壓保護(hù)器與氧化鋅避雷器相比，從理論上講，可以將相間過電壓保護(hù)值減低50%。其主要技術(shù)參數(shù)：CG為串聯(lián)間隙；FR為氧化鋅閥片圖2保護(hù)器原理圖系統(tǒng)額定電壓為6(10) kV ；保護(hù)器持續(xù)運(yùn)行電壓7.6(12.7) kV ;工頻放電電壓 >10.4(16.9) kV ;直流1 mA 參考電壓>9.9(16.4) kV;閥片殘壓比V 1.55 ;標(biāo)準(zhǔn)沖擊放

11、電殘壓 <15.4(25.5) kV ;500 A 操作沖擊電流殘壓 <14.9(24.8) kV 。2.2.2 保護(hù)器的特點(diǎn)(1) 采用四星形接線，可將相間過電壓大大降低，與普通MOA相比，可降低60%70%，可靠地保護(hù)了電動(dòng)機(jī)的相間絕緣。(2) 同帶串聯(lián)間隙的MOA 樣，由于采用了氧化鋅閥片與間隙串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，提高了保護(hù)器的使用壽命，且使保護(hù)器在系統(tǒng)岀現(xiàn)單相接地、間隙性弧光接地和諧振過電壓等狀態(tài)下均可安全運(yùn)行。2.2.3 應(yīng)用三相組合式過電壓保護(hù)器存在的問題(1) 同帶串聯(lián)間隙的MOA。(2) 由于三星形中性點(diǎn)的對地絕緣懸浮，在實(shí)際運(yùn)行中岀現(xiàn)過對地絕緣擊穿現(xiàn)象，從而在操作過電壓下

12、使保護(hù)器發(fā)生爆炸的情況。2.3 R - C阻容過電壓吸收器保護(hù)2.3.1 保護(hù)原理電動(dòng)機(jī)及空載變壓器回路裝設(shè)R-C吸收器的工作原理見圖 3，真空斷路器操作后產(chǎn)生的截流將在設(shè)備電感L中儲(chǔ)藏有LI 2 /2的電磁能量，并在由L0和CO組成的回路上形成震蕩。« C CDITCO為雜散電容；L0為負(fù)載電感；R, C1為吸收器電容、電感;I為開斷截流2.56 A圖3 R C吸收器工作原理圖依據(jù)能量守恒定理az2/2 = cu2/it = /ZyTcoTcDK1是電阻和渦流損耗作用下的電壓幅值衰減系數(shù)，電動(dòng)機(jī)為0.60.8，變壓器為0.25 ；其震蕩頻率為fwC = C0 + C)o從以上兩個(gè)公

13、式可見，接入 R，C后，可將真空斷路器操作過電壓幅值限制在允許范圍內(nèi)，并可大大降低過電壓的震蕩頻率，減少了真空斷路器的重燃幾率。實(shí)際工程應(yīng)用中，采用 R=100400 Q，C=0.050.1 "的R C阻容過電壓吸收器即可將操作 過電壓幅值減低到電源電壓峰值的2倍以下，震蕩頻率降低到接近 50 Hz工頻。2.3.2 吸收器的特點(diǎn)(1) R C吸收器可隨時(shí)吸收回路的過電壓，當(dāng)真空斷路器切斷電動(dòng)機(jī)或變壓器時(shí)，R C的加入可使操作過電壓的震蕩衰減較快，較好地限制了過電壓的幅值和震蕩頻率。(2) 因R C吸收器限制過電壓的原理與 MOA不同，它不存在殘壓問題，而是靠操作過電壓高頻出現(xiàn)后引起容

14、抗(Z C =1/(2 nfc)降低，增大電容器上電流， 來吸收產(chǎn)生過電壓震蕩的能量，從而限制操作過電壓。正常工頻工作狀態(tài)下，電流很小，所以其使用壽命較長。2.3.3 應(yīng)用中存在的問題(1) 采用 R C 吸收器，增加了對地電容，將可能影響對高壓廠用電系統(tǒng)的接地方式，高壓廠用電系 統(tǒng)中性點(diǎn)必須經(jīng)電阻接地或經(jīng)消弧線圈接地。所以在目前工程中一般采用的高壓廠用電中性點(diǎn)不接地的系 統(tǒng)，使用 R C 吸收器，將改變高壓廠用電系統(tǒng)的單相接地保護(hù)方式，并需增加中性點(diǎn)接地設(shè)備。(2) 以前國內(nèi)僅能生產(chǎn)油浸式 RC 吸收器，其體積大，安裝不方便，維護(hù)工作量大，并且存在滲油 現(xiàn)象，因此限制了應(yīng)用。目前國內(nèi)已能生產(chǎn)干式RC 吸收器，但產(chǎn)品質(zhì)量尚不過關(guān)，出現(xiàn)過電容擊穿，甚至