高压断路器跳闸的原因分析

　　高压电动机因连续多次起停， 易形成操作过电压， 造成设备损坏。这不仅影响了生产， 更严重的是威胁着人身安全。因此， 在起动高压电动机时， 应制定好工艺条件变化时的操作方法， 避免连续起动。同时， 应加强对过电压保护装置电气元件的预防性试验， 一旦发现失效元件， 立即更换。
　　
　　关键词：高压断路器； 故障； 技术改造；
　　
　　1 故障现象
　　
　　枣庄普利化工有限公司一台6 kV、300 kW的高压电动机起动时， 降压站一台进口的6 kV交流真空断路器柜突然冒烟， 一时浓烟滚滚， 生产车间被迫停产。灭火后检查发现， 6 kV交流真空断路器三相对地放电短路， 真空泡完好， 母线排上的氧化锌避雷器经试验鉴定证明失效， 向此柜供电的高压断路器已跳闸。
　　
　　分析表明， 这次事故是起动高压电动机引起的。在6 kV中性点非直接接地系统中， 当进行负载的起动、停止操作或发生事故时， 由于断路器触头间电弧重燃， 运行状态发生突变， 引起电容和电感元件之间电磁能量相互转换， 出现了电压谐振， 即产生操作过电压。

　　
　　2 操作过电压的种类
　　
　　2.1 截流过电压
　　
　　真空断路器具有良好的灭弧性能， 当断开小电流时， 真空电弧在过零前就熄灭。由于电流被突然切断， 其滞留于电机绕组中的能量产生反电势， 该反电势必然向绕组的杂散电容充电， 进而转变为电场能量。对于电机和变压器， 特别是空载或容量小时， 则相当于一个大的电感， 会产生大的过电压， 其幅值与断路器的截流水平和负载特性有关。在同样负载下， 断路器的截流值越低， 过电压幅值越小。触头和回路中有一定的电阻产生损耗， 对过电压值有一定的抑制作用， 但这种抑制作用是有限的， 不能消除过电压。
　　
　　2.2 多次重燃过电压
　　
　　在真空断路器开断电气负载时， 当灭弧室触头在工频电流过零时分离熄弧。由于断路器触头开距小， 在恢复电压的作用下将发生重燃。电气负载均存在着L-C回路， 电弧重燃将会在回路中出现高频电流。在高频电流过零时， 电弧又将熄灭。由于电弧开距小， 新的振荡又会产生， 再次将触头间隙击穿， 导致电弧多次重燃。这样， 在回路中将会出现高电压， 其过电压幅值随重燃次数增多而增高。这种重燃可能在开断过程中重复发生多次， 其过电压值较高。实际上， 过电压值受断路器动作瞬间工况的限制， 但其电压幅值也在4倍相电压左右， 对电气负载的绝缘将会造成伤害。
　　
　　2.3 同时开断过电压
　　
　　当真空断路器运用在开断电机回路时， 由于断路器的截流现象， 加上电机回路存在着互感和电容， 将引起电弧的重燃与高频振荡。当第一相开断后， 高频电流将通过相间互感和电容耦合到第二、第三相上与原有的高频电流叠加， 形成三相电流同时过零点。第一相熄弧时， 强迫第二、第三相电弧截断， 从而出现较高的操作过电压。
　　
　　高压电动机在起动的操作过程中， 由于工艺条件的突然变化和操作人员在处理问题时的差异， 有时需要多次起停操作。操作过电压的连续出现， 对断路器的绝缘产生重复冲击， 加速了断路器绝缘的老化， 导致三相对地短路。
　　
　　3 操作过电压的防范
　　
　　真空断路器在开断电动机等感性负载时产生的电压幅值很高， 直接威胁感性负载的匝间绝缘。这是电动机等设备损坏的重要原因之一。因此， 对真空断路器操作过电压的抑制是必要的， 只有采取适当的保护措施， 降低过电压幅值， 才能有效抑制或减少其危害。目前， 抑制过电压的措施有两种：一种是限制过电压幅值的避雷器， 另一种是降低过电压振荡频率的阻容过电压吸收器。
　　
　　3.1 带串联间隙的氧化锌避雷器
　　
　　这种避雷器与传统的阀式避雷器结构差不多或基本相同。氧化锌阀片具有非常优良的非线性伏安特性， 续流非常小， 可以认为无续流。另外， 由于有串联间隙存在， 所以在正常运行电压下， 氧化锌可以不加考虑。这种氧化锌避雷器的残压值较低， 可用于电力变压器等耐压水平较高设备的过电压保护。
　　
　　3.2 带并联间隙的氧化锌避雷器
　　
　　该避雷器的结构是将阀片分为主阀片R1和并联阀片R2, R1和R2串联， 在R2上有并联间隙G.在正常电压下G不放电， 电压加在R1和R2上， 运行安全可靠。过电压作用时， 避雷器上的残压还未达到技术条件规定值之前， G放电， R2被短路。由于避雷器的残压完全由R1上残压决定， 所以残压比较低， 保护性能也较好， 将其用于保护电动机是适宜的。
　　
　　3.3 阻容保护器
　　
　　采用阻容保护器是一种保护效果较好的措施， 只要阻容参数选择妥当， 就可降低恢复电压上升陡度， 降低振荡频率， 减少负载波阻抗， 就能有效降低过电压幅值。电容C的作用， 除可降低过电压幅值外， 主要用以减缓过电压上升陡度。这种过电压在极短时间内发生， 容易造成电机绕组匝间击穿。因此， 要降低匝间电压并使匝间电压分布均匀， 另外达到降低波阻抗、降低截流过电压的目的。电阻R则起消耗高频振荡电能， 抑制截流过电压幅值的作用。由于负载等效电感和断路器的截流值等参数难以实测， 准确选择阻容参数是不容易的， 所以要根据经验来选择。如果R、C参数选择不当， 反而会起消极作用。
　　
　　综上所述， 对于抑制操作过电压， 我们采用的是带有并联间隙的氧化锌避雷器。
　　
　　4 处理措施
　　
　　事故后， 我们采取的措施是：
　　
　　（1） 加强对过电压保护装置氧化锌避雷器的预防性试验， 凡试验不合格者及时更换， 以便装置能正常吸收过电压能量。
　　
　　（2） 起动高压电机时， 不作多次连续分合， 以减少产生过电压的概率及能量。
　　
　　采取这些措施后， 我公司未再发生过类似事故。