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        真空斷路器操作過電壓對電機產生的危害及其所采取的措施

        [摘要]通過對真空斷路器運行過電壓機制的分析和計算,提出了真空斷路器截波過電壓對電機的危害及其措施,以及安裝過電壓保護器后對電機的影響,特別是在電機電路中,除了完善的保護措施外,還應注意其他問題,充分發揮真空斷路器的優異性能。

        近年來,真空斷路器在電力系統中的應用越來越廣泛,由此產生的一些問題也引起了人們的關注。由于真空斷路器在截流、重燃或三相斷開時會產生操作過電壓,其操作過電壓振幅值會使電機和其他設備絕緣突破,導體閃光,造成事故擴大,造成不應有的損失,人們逐漸意識到危害的嚴重性,因此開發了各種限制真空斷路器操作過電壓的設備,如金屬氧化物避雷器力吸收器。結合過電壓保護器等產品,但由于選擇不當或保護設備的技術性能不適用或不考慮保護設備的特殊情況,事故仍不時發生。

        1.真空斷路器操作過電壓對電機的危害。

        真空斷路器真空斷路器的前后兩側。電容器是電機的等效電感和導體和變壓器的等效電感;電容器是導體對地和相間的等效電容器。電機的等效電容器等。當真空斷路器打開和切斷電機電路時,有三種危害:截流過電壓、多次重燃過電壓和三個相同的截流過電壓。

        1.1截流過電壓。

        由于真空斷路器具有良好的滅弧性能,當小電流打開和切斷時,真空電弧將在過零前熄滅。由于電流突然切斷,電機等電感繞組中的能量將不可避免地向繞組中的雜散電容器充電,并轉化為電場能量。對于電機和變壓器,特別是當空載或容量較小時,相當于大電感,電路容量較小,因此會產生較大的過電壓,特別是在打開和切斷空載變壓器時。理論上,它可以產生較高的過電壓,但由于觸點和電路中某些電阻的損失和擊穿,它對過電壓值有相當大的抑制作用,但這種抑制作用有限,不能消除切斷小電流時的過電壓。因此,在使用真空斷路器作為操作元件時,應安裝過電壓保護設備。

        1.2多次重燃過電壓。

        多次重燃過電壓是由于電弧間隙多次重燃,電源多次充電到電機電容器。在真空斷路器切斷電流的過程中,接觸點的一側是工作頻率電源,另一側是LC電路充放電的振蕩電源。如果接觸點之間的開口距離不夠大,兩個電壓疊加后會突破電弧間隙,斷路器的恢復電壓會增加。如果接觸點開口距離不夠大,將發生第二次重燃、再次滅弧、再次重燃,導致多次重燃、多次充放電振蕩、接觸恢復電壓、負載端電壓,導致多次重燃過電壓,損壞電氣設備。實驗表明,電機匝間絕緣的損壞主要是由于真空斷路器多次重燃,特別是在切斷電機啟動電流時。

        1.33同時開斷過電壓。

        三相同時開斷過電壓是由于斷路器首先開斷相弧間隙產生重燃,流過相弧間隙的高頻電流導致其他兩相弧間隙中的工頻電流快速過零,導致未開斷相被切斷,在其他兩相弧間隙產生類似較大水平的截流現象,從而產生較高的操作過電壓,產生的過電壓加在相與相之間的絕緣上。在開斷中小容量電機或輕負荷下,三相同時容易出現開斷電壓。

        2.電機電路采用真空斷路器。

        由于電機繞組電感大,繞組匝間電容大。地面電容器和雜散電容器的存在相當于LC振蕩電路。根據真空斷路器操作過電壓產生的機理,切斷小電流時容易產生過電壓,危及電機絕緣和電路電氣設備。因此,為了保護電氣設備的安全可靠運行,擴大真空斷路器的應用范圍,必須采取措施限制過電壓的運行。目前,我國采取的措施包括安裝金屬氧化物避雷器(MOA)、三叉戟過電壓保護器(TBP)、組合過電壓保護器(JPB)等。

        以K=1.15為沖擊系數。

        US=15.9~16.6(kv)6kV電機和6.3kV發電機。

        US=25.6~26.8(kV)10kV電機和10.5kV發電機。

        電機運行時的試驗電壓:Us'=1.5Ue。

        U于6kV電機,Us'=9kV(有效值),沖擊值Us=12.7kV。

        US'=15kV(有效值)U于10kV電機,沖擊值US=21.2kV。

        根據絕緣配合程序的要求,最小耐受電壓水平應超過保護水平的15%。同時,由于10kV及以下系統未接地或通過消弧線圈接地,單相接地時,相電壓應提高到線電壓,允許運行2h。在這種情況下,避雷器將被嚴重過熱和損壞。MOA避雷器保護電機的水平最差,從電機測試電壓的計算值和表中列出的保護水平來看。雖然TBP和JPB優于MOA,但裕度太小,保護性能仍不理想。因此,當真空斷路器產生過電壓時,電機無法得到很好的保護。

        目前,一些制造商已經開發和生產了RC電阻吸收器,旨在限制真空斷路器的運行過電壓,危及電機絕緣。它可以將大多數電路的運行過電壓降低到電源電壓峰值的2~2.5倍以下。目前,RC保護器有三種形式,即中性點直接接地的普通RC保護器;中性點不接地的RC保護器;雙路RC過電壓保護。普通RC保護器在單相短路時電容電流過大,導致電電路跳閘,特別是在高頻重量場所,導致RC保護器電阻燃燒;雖然非接地RC保護器解決了電容電流過大的跳閘和燃燒電阻問題,但事故發生率略高;雙路RC過電壓保護器不僅解決了地面電路的高頻振蕩,而且解決了地面電流過大和R-C設備電阻燃燒的問題。

        然而,無論哪種RC保護器應用于無接地系統,當電容電流不大于3~4A時,RC電路中的電容無疑會增加電路的電容電流。如果超過或接近規定值,可能需要安裝電弧線圈或接地電阻來增加設備和投資,因此應正確分析和選擇。

        根據各廠家的數據,RC裝置的電容為0.1μF,電阻為1001/ωC,ω=2πfn。10kV電路中的電容電流為:

        Ic=Ue/Xc=Ue2πfnc。

        =10×2×3.14×50×0.1。

        =0.32(A)

        6kV電路中的電容電流為:

        6×2×3.14×50×0.1=0.2(A)

        從上述計算可以看出,每個RC裝置的電容電流將在0.2~0.32A之間。如果5~10個RC裝置連接到母線上,電機電路的電容電流可能超過規定的允許值,則必須在電機的中性點安裝電弧線圈或電阻,以保護設備的安全運行。因此,在電機電路中,特別是在發電機電路中選擇設備時,不僅要考慮電機電路的電容電流,還要考慮分支電路的對地電容和RC裝置的電容電流,以保護真空斷路器,這往往被設計師和制造商忽視。操作經理。

        3.發電機電路中真空斷路器應注意的一些問題。

        目前生產的真空斷路器多為普通配電真空斷路器,許多單位已廣泛應用于一些中小型水電機組??紤]到安裝過壓保護裝置的優點,電機電路和企業小型機組比使用少油斷路器更簡單、方便、無維護工作量、尺寸小、安裝更換快。即便如此,在發電機電路中安裝普通配電真空斷路器仍存在一些缺點和不足。①隨著運行時間的延長,發電機的絕緣水平逐漸下降,真空斷路器的運行過電壓與電機的絕緣水平幾乎沒有配合;②發電機電路斷路器技術性能嚴格,使用條件嚴格。例如,切斷直流分流標準要求發電機斷路器的直流分量值大于60%或80%。

        在項目的初步設計階段,設備的選擇是重要的工作之一。為了選擇合適的設備,有必要初步估計發電機的電容電流。計算發電機電容值有多個不同的公式,其中一些參數需要電磁計算,在初步設計中的應用有限,因此美國通用電氣公司的計算公式相對簡單:

        Cf=3kdsn/√Un(1+0.08Un)

        類型:KD為0.0317帶阻尼凸極電機;Sn為發電機容量;Un為發電機額定電壓。

        根據發電機額定相電壓Ux獲得發電機電容電流:Icr=ωCfux×10-6。

        類型:Ux是發電機額定相電壓(V)。

        通過計算發電機電路的電容電流等條件,可以確定發電機電路是否采用真空斷路器。如果采用真空斷路器,采取哪些措施限制過電壓運行,確定發電機中性點的接地方式。

        4.結語

        通過對真空斷路器操作過電壓的分析和計算,指出在電機電路中安裝真空斷路器時,必須有完善的保護設備來限制真空斷路器的操作過電壓,更好地保護主要設備,不斷擴大真空斷路器的使用范圍,使電力系統安全、可靠、經濟。特別是在發電機電路中使用真空斷路器時,應更加小心,不要盲目使用。除了完善的保護措施外,還應考慮其絕緣水平。發電機電路的電容電流。切斷直流重量的要求,充分發揮真空斷路器的優異性能。


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