供電系統(tǒng)的過電壓及其防范措施在化工企業(yè)——系統(tǒng)過電壓分析（2）
電氣設(shè)備在運(yùn)行中隨的過電壓有來自外部的雷電過電壓和由于系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時電磁能產(chǎn)生振蕩、積聚而引起的內(nèi)部過電壓兩種類型。按其產(chǎn)生的原因雷電過電壓又分為直擊雷電電壓、感應(yīng)雷過電壓及雷電侵入波過電壓；內(nèi)部過電壓主要分為暫時過電壓及操作過電壓。在操作過電壓中又分為操作電容負(fù)荷過電壓、操作電感負(fù)荷過電壓以及間歇性電弧接地過電壓。
在化工企業(yè)，由于真空斷路器的廣泛采用，以及電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電纜的使用越來越多，使開斷空載變壓器及高壓電動機(jī)等電感負(fù)荷產(chǎn)生的操作過電壓和單相接地時電弧不能自熄形成的間歇性弧光接地過電壓越來越嚴(yán)重，成為電網(wǎng)及設(shè)備安全運(yùn)行的主要威脅，是化工企業(yè)不容忽視的問題。究其原因主要是由于：
1．真空斷路器分?jǐn)嗨俣瓤?、滅弧能力?qiáng)，在開斷電感負(fù)荷時有可能不是在電流經(jīng)過工頻零點(diǎn)時熄弧，而是在電流瞬時值尚為i時，被迫在極短的時間內(nèi)下降到零，從而產(chǎn)生截流過電壓和三相同時截流過電壓，另外開斷后還會產(chǎn)生高頻振蕩，使斷路器發(fā)生多次重燃過電壓，主要表現(xiàn)為相間過電壓，幅值最高可以達(dá)到3.5倍Uφ，而相地過電壓數(shù)值僅為相間過電壓的二分之一左右。
2．化工企業(yè)6~10kV系統(tǒng)均采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電纜的使用越來越多，使系統(tǒng)對地電容電流大幅度上升，在單相接地的故障點(diǎn)電弧不能自動熄弧，從而發(fā)生電弧周期性的熄滅與重燃，出現(xiàn)間歇電弧，引起電網(wǎng)產(chǎn)生高頻振蕩，形成過電壓。這種間歇性弧光接地過電壓幅值可能超過3.5Uφ，而且過電壓持續(xù)的時間可以達(dá)到數(shù)十分鐘或更長，波及范圍廣，對電氣設(shè)備危害嚴(yán)重。
前述山東某化肥廠的兩起事故正是由于上述兩種過電壓所致。事故發(fā)生后，該廠技術(shù)人員邀請相關(guān)專家及設(shè)計部門對系統(tǒng)情況以及發(fā)生故障前后的系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行分析認(rèn)為，電機(jī)匝間絕緣擊穿是由于操作過電壓造成電機(jī)絕緣積累性質(zhì)傷，最終導(dǎo)致高壓電機(jī)的絕緣擊穿；而真空開關(guān)柜發(fā)生爆炸是由于間歇性弧光接地引起的。
目前化工企業(yè)對過電壓的防護(hù)一般只采用安裝避雷器（以下簡稱MOA）的方法，其接線采用三星型接法，如圖1所示，執(zhí)行國標(biāo)GB11032-89，如10kV的MOA的操作沖擊電流殘壓U殘≥25kV，那么，該種保護(hù)可以將相對地過電壓UAD、UBD、UCD限制在25kV左右。而對相間過電壓UAB、UAC、UBC的保護(hù)是由兩只MOA疊加完成的，其殘壓為U殘=2×25kV=50kV。而運(yùn)行中的高壓電動機(jī)相對地及相間絕緣所能隨受的過電壓數(shù)值可用下式計算：
UR=（2Ue+1）×0.75×k
式中：Ue——電動機(jī)額定電壓，V；
K——沖擊系數(shù)，我國一般取1.15~1.25。
當(dāng)電動機(jī)額定電壓Ue=10kV，沖擊系數(shù)K取1.15時，可以得出電動機(jī)的絕緣耐受能力：UR=25.6kV，對照MOA的保護(hù)水平U相地=25kV、UA相間=2×25kV=50kV可以看出，該保護(hù)方式對系統(tǒng)中的相對地過電壓可以起到一定的保護(hù)作用，而對相間過電壓根本無法保護(hù)。每次過電壓必然對電氣設(shè)備造成沖擊，形成積累性損傷，使絕緣下降。當(dāng)絕緣下降到一定程度時，將會加速其老化。如果電動機(jī)絕緣耐受電壓低于避雷器的設(shè)計保護(hù)值，即使在正常運(yùn)行電壓下電動機(jī)也會發(fā)生絕緣損傷而形成匝間短路。
對間歇性弧光接地過電壓，多數(shù)化工企業(yè)沒有針對性的防護(hù)措施。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)因有接地電容電流的存在而形成間歇性弧光接地過電壓，其幅值高，持續(xù)時間較長，致使MOA無法承受而爆炸。MOA的爆炸又引起相間或相地短路起火，導(dǎo)致開關(guān)柜的燒毀，事故進(jìn)一步擴(kuò)大，往往“火燒連營”，一次故障造成多處設(shè)備的損壞。
李學(xué)斌 郭思君
在化工企業(yè)，由于真空斷路器的廣泛采用，以及電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電纜的使用越來越多，使開斷空載變壓器及高壓電動機(jī)等電感負(fù)荷產(chǎn)生的操作過電壓和單相接地時電弧不能自熄形成的間歇性弧光接地過電壓越來越嚴(yán)重，成為電網(wǎng)及設(shè)備安全運(yùn)行的主要威脅，是化工企業(yè)不容忽視的問題。究其原因主要是由于：
1．真空斷路器分?jǐn)嗨俣瓤?、滅弧能力?qiáng)，在開斷電感負(fù)荷時有可能不是在電流經(jīng)過工頻零點(diǎn)時熄弧，而是在電流瞬時值尚為i時，被迫在極短的時間內(nèi)下降到零，從而產(chǎn)生截流過電壓和三相同時截流過電壓，另外開斷后還會產(chǎn)生高頻振蕩，使斷路器發(fā)生多次重燃過電壓，主要表現(xiàn)為相間過電壓，幅值最高可以達(dá)到3.5倍Uφ，而相地過電壓數(shù)值僅為相間過電壓的二分之一左右。
2．化工企業(yè)6~10kV系統(tǒng)均采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電纜的使用越來越多，使系統(tǒng)對地電容電流大幅度上升，在單相接地的故障點(diǎn)電弧不能自動熄弧，從而發(fā)生電弧周期性的熄滅與重燃，出現(xiàn)間歇電弧，引起電網(wǎng)產(chǎn)生高頻振蕩，形成過電壓。這種間歇性弧光接地過電壓幅值可能超過3.5Uφ，而且過電壓持續(xù)的時間可以達(dá)到數(shù)十分鐘或更長，波及范圍廣，對電氣設(shè)備危害嚴(yán)重。
前述山東某化肥廠的兩起事故正是由于上述兩種過電壓所致。事故發(fā)生后，該廠技術(shù)人員邀請相關(guān)專家及設(shè)計部門對系統(tǒng)情況以及發(fā)生故障前后的系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行分析認(rèn)為，電機(jī)匝間絕緣擊穿是由于操作過電壓造成電機(jī)絕緣積累性質(zhì)傷，最終導(dǎo)致高壓電機(jī)的絕緣擊穿；而真空開關(guān)柜發(fā)生爆炸是由于間歇性弧光接地引起的。
目前化工企業(yè)對過電壓的防護(hù)一般只采用安裝避雷器（以下簡稱MOA）的方法，其接線采用三星型接法，如圖1所示，執(zhí)行國標(biāo)GB11032-89，如10kV的MOA的操作沖擊電流殘壓U殘≥25kV，那么，該種保護(hù)可以將相對地過電壓UAD、UBD、UCD限制在25kV左右。而對相間過電壓UAB、UAC、UBC的保護(hù)是由兩只MOA疊加完成的，其殘壓為U殘=2×25kV=50kV。而運(yùn)行中的高壓電動機(jī)相對地及相間絕緣所能隨受的過電壓數(shù)值可用下式計算：
UR=（2Ue+1）×0.75×k
式中：Ue——電動機(jī)額定電壓，V；
K——沖擊系數(shù)，我國一般取1.15~1.25。
當(dāng)電動機(jī)額定電壓Ue=10kV，沖擊系數(shù)K取1.15時，可以得出電動機(jī)的絕緣耐受能力：UR=25.6kV，對照MOA的保護(hù)水平U相地=25kV、UA相間=2×25kV=50kV可以看出，該保護(hù)方式對系統(tǒng)中的相對地過電壓可以起到一定的保護(hù)作用，而對相間過電壓根本無法保護(hù)。每次過電壓必然對電氣設(shè)備造成沖擊，形成積累性損傷，使絕緣下降。當(dāng)絕緣下降到一定程度時，將會加速其老化。如果電動機(jī)絕緣耐受電壓低于避雷器的設(shè)計保護(hù)值，即使在正常運(yùn)行電壓下電動機(jī)也會發(fā)生絕緣損傷而形成匝間短路。
對間歇性弧光接地過電壓，多數(shù)化工企業(yè)沒有針對性的防護(hù)措施。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)因有接地電容電流的存在而形成間歇性弧光接地過電壓，其幅值高，持續(xù)時間較長，致使MOA無法承受而爆炸。MOA的爆炸又引起相間或相地短路起火，導(dǎo)致開關(guān)柜的燒毀，事故進(jìn)一步擴(kuò)大，往往“火燒連營”，一次故障造成多處設(shè)備的損壞。
李學(xué)斌 郭思君
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