发电厂厂用电动机的过电压及其防护

发电厂厂用电动机的过电压及其防护

于航

东北电力设计院有限公司 吉林长春 130021

摘要：在发电厂系统运行过程中，电动机发挥着重要的功能，对整个发电厂的安全和稳定运行有着重要的影响。由于系统内外各种因素的影响，会造成电动机出现过电压问题，需要采取有效的措施，来恢复电气设备的正常运行。 关键词：发电厂；电动机；过电压；防护 

引言

发电厂厂用电系统的组成部分主要包括了电动机、电缆、变压器与断路器等，但在实际运行的过程中，电气设备很容易受外部与内部过电压冲击，对设备安全性带来严重的威胁，使厂用电系统遭受不可估量的损失。即便过电压的出现时间不长，但受其峰值较高且波形较陡的影响，会威胁到电气设备的绝缘性能。在这种情况下，对过电压产生原因、影响因素与量值范围进行研究，明确电气设备绝缘水平要求，合理选择防护设施都属于绝缘配合范畴，为电气设备运行安全提供必要的保障。由此可见，深入研究并分析发电厂厂用电动机过电压及其防护具有一定的现实意义。

1发电厂电动机过电压分析

1.1外部过电压

电力系统中的外部过电压是由雷云放电引起的大气过电压。企业厂区内无架空线路,只在进入总变电所的架空线路上有可能遭受直击雷,即使避雷器动作也会使全厂电力系统电压升高。同一额定电压的电器设备由于结构不同,其承受过电压的能力也不同,一般来说变压器及开关设备较强,而电动机较弱。电动机在化工厂运行条件较差,绝缘更容易遭到破坏,当雷电波入侵变电所,避雷器放电,母线电压升高至避雷器残压,这个载波过电压沿母线电缆到达电动机端部,进入电机后迅速衰减,这就是电动机由于雷电过电压而最易损坏的原因。

1.2内部过电压

电器设备除受到外部过电压的影响外,内部过电压也会对电机造成影响,公司的断路器全部采用真空型,操作过电压是由于电感电流不在零点时被迫截断所引起,在电感电路中电流突变会感应很高电压,其过电压值与截留值有关,有数值显示这种电感电路中的操作过电压可达7倍额定值以上,这种过电压会使电机绝缘遭到很大损坏。

2发电厂厂用电动机耐受过电压能力阐释

2.1起始绝缘水平不高

因绝缘被放置于定子铁芯槽内部，所以在实际制造的过程中，需保证具备良好绝缘性能的线圈被嵌入到槽内部，但会损伤绝缘层。最重要的是，无法按照变压器绕组的方式放入到油中，仅仅是依靠固体介质完成绝缘。另外，在制造的过程中，会出现气泡，增加了游离的几率。除此之外，也不能够根据变压器线圈选择使用电容补偿，所以无法保证冲击电压的均匀分布。正是因为冲击绝缘水平低于变压器，所以在出厂的时候，电动机冲击耐压数值仅为相同级别变压器冲击耐压值的一半。

2.2绝缘运行严重老化

在电动机实际运行的过程中，条件并不及变压器与开关，而且运行状态下的电动机很容易受潮，被不同的化学物质侵蚀，甚至还需承受机械力与热效应的作用。除此之外，电动机绝缘累积效应相对明显，尤其是槽口位置，会因为电场强度不均匀而在过电压的情况下损坏此部位的绝缘，进而发展成击穿几率最高的部位。

3发电厂厂用电动机过电压防护措施的选择

由于电动机耐过电压水平差,因此必须根据其绝缘水平进行过电压保护。普通的阀型避雷器如FZ-6型,其冲击放电电压及放电后的残压过高,显然不能作为电动机的过电压保护。80年代以来,磁吹避雷器的应用改善了电机过电压保护,但保护性能仍不理想。近年来金属氧化锌避雷器得到了大量应用,它具有残压低、续流小、时间响应快、体积小、重量轻及安装方便等优点,而且具有比阀型及磁吹避雷器使用的碳化硅更好的非线性特征。但由于制造厂家较多,产品的性能和质量差别很大,同时也由于相对缺乏运行的经验,在运行中常有事故发生。尤其是6～35kV中性点不接地系统中因单相接地或谐振过电压的原因损坏严重。其原因:一是以往使用的氧化锌避雷器多为无间隙的避雷器,这实际是将一个非线性电阻固定接入电力系统。尽管在正常情况下,即电压波动不大时,其阻值很大,通过电流很小,但总会发热使其逐渐老化以至损坏。二是为降低放电后的残压值,其持续运行电压偏低,仅为相电压值,即6kV系统持续运行电压为4kV。而在中性点直接接地系统或经消弧线圈接地系统中,单相接地运行的时间往往可能超过2h,此时氧化锌避雷器承受的电压为线电压(3倍的相电压)。长时间运行在这样高的电压下,氧化锌避雷器荷电率很高,对其造成严重的损害,尤其单相接地经常伴随着弧光过电压和谐振过电压,极易造成氧化锌避雷器爆炸而损坏。另外在保护特性方面,氧化锌避雷器在通过100A的残压U100与其参考电压U1mA之比为1.4左右,6kV氧化锌避雷器的U1mA为10.5～11.5kV(相对地)。则U100=14.7～16.1kV。此残压值与上述电动机绝缘所能承受的过电压值15.9～17.2kV相近,保护作用很勉强。在开关截流和多次重燃产生的操作过电压中相间过电压为1.5～2倍相对地过电压。避雷器通常为三相星形连接,氧化锌避雷器流过雷电流的残压大大超过电动机绝缘能承受的过电压值,因此起不了保护作用。

图1接成四星形串联间隙避雷器

现阶段，发电厂厂用电动机过电压防护最佳的方式就是串联间隙养护新避雷器。正是因为间隙的存在，所以在电压正常的情况下，氧化锌避雷器元件当中并不会流过电流，而且也不会出现热老化的问题。氧化锌本身的非线性特性十分理想，所以在间隙放电以后，续流极小，受间隙灭弧要求而明显下降，使得间隙寿命得以延长。需要注意的是，串联间隙氧化锌避雷器间隙所承担的灭弧任务存在差异，因而无法由诸多间隙构成，仅具备一个间隙即可，所以放电电压分散程度也不大。除此之外，可以把串联间隙避雷器替换为四星形，同样可以对相间绝缘保护问题加以解决。通过对这种接法的运用，相对相冲击放电数值和残压数值和相对低数值更加接近，使得相间过电压数值不断降低，使得相间绝缘得到了必要的保护。而当前已经有大部分厂家对带串联间隙氧化锌避雷器进行生产，产品本身性能要远远超过无间隙氧化锌避雷器。以型号为TBP的四星形接线有间隙氧化锌避雷器为例，具体的技术参数表现为：持续运行的电压是7.6kV，而工频放电的电压则是11kV。另外，冲击放电的电压是15.6V。通过对以上参数的分析可以发现，该氧化锌避雷器的持续运行电压相对较高，能够与长期工作的在线电压要求相适应。另外，冲击放电电压与残压不高，不超过电动机绝缘所能够承受的过电压极限。由此可见，在和电动机相互配合的情况下，即可对其进行有效保护，以免受到过电压损害影响

结语

综上所述，厂用电动机对发电厂运行的稳定性与安全性有着重要的影响，要高度重视发电厂厂用电动机过电压防护，在实践过程中，综合考虑实际情况，采取必要的过电压防护措施，即与间隙四星形接线相互串联的氧化锌避雷器，不仅能够确保电动机运行的正常性，还能发挥其防护作用。

参考文献

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于航，1986-11-17，发电一次设计，东北电力设计院

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