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        煤礦井下過電壓產(chǎn)生的原因及措施

        2009-07-29 07:11:36張曉燕
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2009年12期
        關(guān)鍵詞:煤礦

        張曉燕

        摘要:本文針對煤礦井下產(chǎn)生過電壓的原因進(jìn)行分析,并進(jìn)一步提出了預(yù)防保護(hù)措施。

        關(guān)鍵詞;煤礦;過電壓;原因分析

        1概述

        近年來,由于煤礦井下大量使用低壓真空開關(guān)和真空斷路器,造成了嚴(yán)重過電壓現(xiàn)象,給電氣設(shè)備帶來了很大的危害。

        煤礦井下過電壓是由于操作、故障或系統(tǒng)的某些參數(shù)發(fā)生變化 ,系統(tǒng)由一種穩(wěn)態(tài)過渡到另一種穩(wěn)態(tài)。在過渡過程中,系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量振蕩,互相轉(zhuǎn)換和重新分布,在設(shè)備上造成了過電壓。常見的過電壓有:

        1.1 操作變壓器引起的過電壓。

        1.2 開斷容性負(fù)載時產(chǎn)生的過電壓。

        1.3 操作真空開關(guān)引起的過電壓。

        1.4 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中,間隙性接地產(chǎn)生的過電壓。

        1.5 諧振過電壓

        從技術(shù)上,精心設(shè)計供電系統(tǒng),合理選擇使用設(shè)備,可以減少過電壓,但由于采煤工作面不斷推進(jìn),電氣設(shè)備布置頻繁變化,設(shè)計人員考慮不周,過電壓是難免的。這些問題應(yīng)引起足夠的重視。

        2 過電壓產(chǎn)生的原因分析

        2.1 操作變壓器引起的過電壓

        變壓器的操作包括接通和分?jǐn)?,在正常情況下操作變壓器在二次側(cè)會產(chǎn)生高達(dá)2倍二次額定電壓的瞬時電壓,但由于 非正常操作會使變壓器二次電壓的瞬時值遠(yuǎn)大于2倍二次額定電壓。例如變壓器二次側(cè)接有高阻抗負(fù)載可能產(chǎn)生大于額定電壓十倍的瞬時操作過電壓。

        變壓器的過電壓與繞組的電容的激磁電流有關(guān),當(dāng)電流在瞬時值被迫切斷,電感中的磁場能將轉(zhuǎn)化為電能,儲存在電容中。因此變壓器的過電壓與切斷的電流值有關(guān),與變壓器的電感和繞組之間的電容有關(guān)。

        另外切斷變壓器的過電壓還壓斷路器的熄孤能力以及斷路器內(nèi)絕緣介質(zhì)的恢復(fù)速度有關(guān),切斷速度越快產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓倍數(shù)越高。

        2.2 開斷空載長線路時產(chǎn)生的過電壓

        斷路器在切斷空載長線路時也能產(chǎn)生過電壓,在電路開斷前,可認(rèn)為線路對地電容電壓和電源電動勢近似相等,而流過斷口的工頻電流領(lǐng)先電源電壓90°。在電流過零電弧熄滅瞬間,線路對地電容上的電壓恰好達(dá)電源電壓的最大值。電弧熄滅后,電源與線路對地電容分開,線路對地電容C上的電荷無處泄放,所以線路對地電容電壓將保持不變,而電源電壓則將繼續(xù)按工頻變化。此時加在斷口上的電壓將逐漸增加,過了工頻半個周波后,當(dāng)電源電壓到達(dá)反相的最大值時,斷口電壓達(dá)到2Em。如果斷口的介質(zhì)強(qiáng)度不夠,而且剛好在2Em時被重新?lián)舸?,則重新?lián)舸┖缶€路對地電容上的電壓幅值為2倍電源電壓高頻振蕩,線路對地電容電壓的最大值可達(dá)4倍電源電壓。伴隨著高頻振蕩電壓的出現(xiàn),斷口間將有高頻電流流過,它領(lǐng)先于高頻電壓90°。因此,線路對地電容電壓達(dá)到3倍電源電壓時,高頻電流恰恰經(jīng)過零點(diǎn),于是電弧可能再一次熄滅。此時線路對地電容上將保持3倍電源電壓,而電源電壓則繼續(xù)按工頻變化。又過工頻半個周波后,作用在斷口上的電壓將達(dá)3倍電源電壓。假如斷口又恰好在此時擊穿,則由于線路對地電容的起始電壓為3倍電源電壓,振蕩后線路對地電容上的最大電壓可達(dá)5倍電源電壓。

        2.3 真空開關(guān)引起的過電壓。真空開關(guān)具有分?jǐn)嗄芰?qiáng),分?jǐn)嗨俣瓤?介質(zhì)恢復(fù)速度快,熄弧能力強(qiáng)的特點(diǎn)。同時,在分?jǐn)鄷r電流變化率也大,產(chǎn)生很大的過電壓,其過電壓有三種:

        2.3.1 預(yù)擊穿電壓

        這是產(chǎn)生在合閘過程中的過電壓。當(dāng)開關(guān)觸頭運(yùn)動后,兩觸頭間的距離越來越小,觸頭間介質(zhì)不足以承受強(qiáng)電場作用而產(chǎn)生擊穿,擊后電弧電流在電路中產(chǎn)生高頻振蕩,因而引起過電壓。當(dāng)電流過零時,電弧又熄滅,在繼續(xù)合閘的過程中又會二次擊穿。產(chǎn)生過電壓的頻率取決于電路的電感電容值。過電壓的幅值一般不超過相電壓峰電壓的三倍。但產(chǎn)生的幾率是非常高的,幾乎每次合閘都產(chǎn)生,如果調(diào)整不好,產(chǎn)生三相不同步,這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

        2.3.2 截流過電壓

        真空斷路器有較好的熄弧性能,在開斷時,可以使電弧在電流過零前開斷,截斷電流滯留在電動機(jī)或變壓器中,此時剩余的能量在電動機(jī)或變壓器電感繞組和散電容間振蕩產(chǎn)生較高過電壓。截流過電壓有以下特點(diǎn):

        截流過電壓與真空斷路器的截流值,Ic大小有關(guān),截流值越高,過電壓值越高;截流只發(fā)生在開斷小電流時,電流越大,陡度越大,截流值就越??;過電壓的震蕩頻率很高,可達(dá)數(shù)千Hz,高的頻率必然伴隨著高的過電壓;相對地過電壓是按相對地電容和相間電容而分配的,通常相對地過電壓為相間的2/3;電動機(jī)和變壓器容量越小,過電壓越高。電動機(jī)和變壓器容量小,開斷電流較小,回路電容小,電感大,因而波阻抗較大,造成過電壓數(shù)值高;

        回路的電纜在50~200m范圍內(nèi)過電壓最高,而這一長度范圍基本是開關(guān)柜到電動機(jī)或變壓器的長度,電纜長度過短時,振蕩頻率高,熄弧困難,延長了熄弧時間,過電壓低;電纜長度長時,回路電容量大,波阻抗下降也會使過電壓降低。

        2.3.3 重燃過電壓

        當(dāng)真空斷路器在電流過零前開斷,觸頭的一側(cè)是工頻電網(wǎng)電源,一側(cè)是高頻振蕩產(chǎn)生的過電壓。觸頭間恢復(fù)電壓為兩者之合,在觸頭開距小、觸頭間耐壓不充分的情況下發(fā)生第一次重燃。電源向回路中的電阻充電,出現(xiàn)類似空載長線路合閘的震蕩過程?;芈返膮?shù)決定了重燃的高電流頻率高達(dá)數(shù)千Hz。這使得重燃的振蕩電壓高于截流電壓,這種震蕩過程直至絕緣介質(zhì)的恢復(fù)強(qiáng)度超過電壓恢復(fù)速度才終止。多次重燃過電壓的特點(diǎn):陡度大,幅值高;變壓器和電機(jī)繞組的電壓分布上,過電壓陡度和頻率關(guān)系很大,這種過電壓對匝間絕緣威脅很大。

        3 過電壓危害

        3.1 過電壓對絕緣的危害

        電氣絕緣是供電安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個關(guān)鍵因素,電氣絕緣的惡化將危害整個煤礦井下供電系統(tǒng)。各種介質(zhì)的安全性與施加在上的過電壓值有關(guān)。操作過電壓波形的峰值以及上升時間會惡化介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度,過電壓脈沖越寬,持續(xù)時間越長,危害就越大。操作過電壓也可破壞絕緣介質(zhì)中分子的約束力,降低絕緣水平,過高的過電壓會使緣瞬時擊穿。

        若電纜內(nèi)層絕緣是薄弱還節(jié),在瞬時操作過電壓作用下,會造成爆炸或短路事故,其后果是造成停產(chǎn),造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。如果接線盒內(nèi)電纜絕緣是弱環(huán)節(jié),在瞬間操作過電壓的作用下,使絕緣失去了作用,對人身安全造成了很 大的危險。所以過電壓的是不可以忽視的。

        3.2 減少過電壓危害的保護(hù)措施

        限制瞬時過電壓應(yīng)從合理設(shè)計供電系統(tǒng),選擇性能良好的設(shè)備入手,加強(qiáng)管理、提高操作人員的技術(shù)水平,同時供電系統(tǒng)中應(yīng)加必要的過壓保護(hù)。目前,對于井下操作過電壓的保護(hù)一般有壓敏電阻保護(hù)和阻容吸收保護(hù)。

        壓敏電阻是一個限幅元件,可以將電壓的幅值限制在一定的范圍內(nèi)。對改變電壓的頻率幾乎不起作用,它用在低壓側(cè)尤其是對真空開關(guān)的過壓保護(hù)不是一個理想元件。一般用于高壓側(cè)。阻容吸收可以改變回路的阻抗,不但可以降低電壓的幅值,還可以降低電壓的頻率,是低壓側(cè)較理想的保護(hù)元件。應(yīng)當(dāng)指出的是,目前真空開關(guān)內(nèi)的阻容吸收是一個固定參數(shù),而全國低壓電網(wǎng)的參數(shù)是很多的,操作過電壓又與電網(wǎng)的參數(shù)有關(guān),以不變應(yīng)萬變是不可取的。而且如果電容值選擇的不當(dāng)還可以誘發(fā)過電壓。所以建議使用阻容吸收保護(hù)過電壓時一定要準(zhǔn)確 計算電容值。

        在高壓側(cè)為了防止過電壓一般選用壓敏電阻作為過壓保護(hù)。除此之外建議一般情況不盡少使用真空斷路器,改用SF6斷路器,如果非用不可,應(yīng)加長真空斷路器和變壓器之間的電纜這樣可以增加分布電容,養(yǎng)活過電壓,具有關(guān)資料介紹,真空斷路器如變壓器間的屏敝電纜的最短長度為150m。

        4 結(jié)束語

        過電壓是易被人們忽視的問題,因為加強(qiáng)絕緣后過電壓一般不會使絕緣擊穿,只能使絕緣老化。也就是說不帶來直接經(jīng)濟(jì)損失,所以它的危害往往被們忽視。

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