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摘要：高压主电动机在停机过程中，手车上所配备的真空断路器产生过电压，主机手车开关设备绝缘套管被击穿，通过采用增加电容和电阻串联作为保护元件并联在负载上，组成RC电压抑制器和使用氧化锌压敏电阻避雷器以替换原普通避雷器的方法，杜绝类似事故的发生。
关键词：真空断路器；绝缘套管；过电压；RC电压抑制器；避雷器
中图分类号：TM561.2 文献标识码： A
泗阳二站位于泗阳县众兴镇境内的中运河上，属于江水北调第四梯级站，淮水北调第一梯级站。安装有2.8ZLQK-7.0液压全调节轴流泵，配用TL2800-40/3250立式同步电动机2台套，设计流量为66m3/s，总装机容量为5600千瓦。主电动机配用ZN28-10/1250型真空断路器，额定电压为6kv，额定电流为1250A，额定开断电流为31500A。
该站主电动机在2011年5月份的一次抗旱抽水停机过程中，发生主机手车开关设备B相和C相绝缘套管击穿事故，通过现场检查和解析，得知为在高压主电动机的停机过程中，手车上所配备的真空断路器产生的过电压所致，后通过采用增加电容和电阻串联作为保护元件并联在负载上，组成RC电压抑制器和使用氧化锌压敏电阻避雷器以替换原普通避雷器（见虚线部分）的方法，采用上述措施后机组运行到目前再也未发生类似事故，具体电路改造部分如图。
1、真空断路器特点
真空断路器具有维护工作量小、断流容量大、适宜频繁操作等许多优点，在电力系统中逐渐取代了其它类型开关，得到了广泛的应用。真空断路器是以真空作为灭弧和绝缘介质,它的触头是在密封的真空腔内分合电路的，触头切断电流时，仅有金属蒸汽离子形成的电弧，而无气体的碰撞游离，因金属蒸汽离子的扩散及再复合过程非常迅速，从而能快速灭弧和恢复原来的真空度，可经受多次分、合闸而不降低开断能力。
真空断路器具有如下主要特点：真空灭弧室小巧，分、合闸所需功率小，动作快，能防火防爆；电气、寿命长，维修工作量少；熄弧后触头间隙介质恢复速度快，对开断近区故障性能好；开断容量大，允许开断次数多，适合于频繁操作的场合；燃弧时间短，且与开断电流大小无关；但在开断小电感电流时容易发生截流过电压及电弧重燃过电压。一般从加强运行管理和采取防护措施这两方面来抑制操作过电压，以保证设备的安全运行。
2、产生过电压的类型及分析
在真空断路器前后两侧均存在着电感、电容，电感则为电机的等效电感和导体及变压器的等效电感; 电容为导体对地及相间的等效电容、电机的等效电容等。由于电机绕组存在较大的电感量，以及绕组的匝间电容、对地电容和杂散电容的存在，相当于一个LC振荡回路，根据真空断路器操作过电压产生的机理，当切断小电流时容易产生过电压，危害电机绝缘及回路电器设备。真空断路器开断电机回路时产生截流过电压、多次重燃过电压及三相同时截流过电压等三种。
截流过电压的大小与截流值及负载的电感成正比，当开断电流达到几百至几千安时，一般就不发生截流现象。当真空断路器断开容性电流或大的电感电流时，重燃或重击穿过电压是问题的主要方面。另外，断路器的分断速度亦和操作过电压有关，很明显，当断路器的分断速度增大后，电流过零时触头的分开距离增大，介质强度亦因此增大，当然不易发生重击穿现象。
3、过电压的防护的有效措施
针对以上分析，过电压防护是从技术上防止、抑制其数值使之保持在允许的范围，以减小过电压对电气设备的危害和提高供配电系统的可靠性。
a、真空管是造成截流过电压的主要原因，所以采用导热系数低，饱和蒸汽压高、低截流水平的触头材料，应用纵向磁场的熄弧原理，把截流过电压控制在一个较低的水平，是真空断路器真空管生产厂家经常采用的一个有效方法。
b、为了防止重燃或重击穿产生的过电压危害，亦常采用在真空管电极间加上一定的电压，让电极间隙发生火花击穿放电，并控制放电电流的大小；经过若干次的这种火花放电，存在于电极表面许多肉眼看不到的“毛刺”将被清除掉，击穿电压因此而得到提高。
c、选择合适的分闸速度。在分断小电感电流时，操作机构的分闸速度适当地慢一些，可以减少截流值；而分断电容电路时，分闸速度可以快一些，以增加触头断开距离，提高触头间的介质强度，减小重击穿发生。
d、降低截流值，从根本上降低截流过电压。适当加大触头开距，以抑制电弧重燃过电压。
e、设置R-L保护器。将电阻R与铁心电感L并联后串接于开关与电缆之间。正常时铁心饱和电感值较小，压降及损耗都很低，不影响负载的工作。当发生电弧重燃振荡时，高频电流使铁心电抗增大，抑制过电压，电阻起阻尼及限流作用。
f、把电容和电阻串联作为保护元件并联在负载上，组成RC电压抑制器，如下图所示。这种电路能降低截流过电压及过电压上升陡度，还能在高频复燃时用电阻R吸收能量使高頻振荡过程强烈衰减，因而有限制重复性高频过电压的作用。由于负载等效电感和开关的截流值等参数难以查找和实测，难以准确选择阻容参数。根据经验，一般吸收电容选0.1～0.3μF/相，吸收电阻选100～200Ω/相，功率以不小于100W为宜。但值得注意的是，如果R、C阻容参数选择不当，不但起不到保护作用，反而会起消极作用，甚至会导致过电压幅值倍增，在小电流接地系统中，单相接地短路因R-C保护器电容电流太大而招致系统馈电回路跳闸。因此在选R-C电压幅值抑止器时应谨慎小心。
g、负载上并联电容和避雷器,利用电容器可以减缓过电压上升陡度，而避雷器可用来限制过电压的幅值。
h、采用氧化锌压敏电阻,这是一种无灭弧间隙的避雷器。在正常工作电压下，阻值很大，电流很小；当出现过电压时，阻值剧降，犹如某种晶体稳压管，可以有效地防止负载过电压。采用氧化锌避雷器，氧化锌避雷器实际上是一个非线性压敏电阻，在工作电压下呈极大电阻， 漏电流为微安(μA)级，不影响电网运行。过电压时其阻值剧降并呈稳压特性，将过电压限制在2倍相电压以下，且阀片间有一定电容量，抑制残压的突变。
结语
通过对真空断路器操作过电压的产生机理分析，指出在电动机回路中装设真空断路器时，必须有完善的保护设备来限制真空断路器的操作过电压，更好地保护主设备，才能不断地扩大真空断路器的使用范围，使电动机安全、可靠、经济地运行。
作者简介：赵水汨(1971---), 男,工程师,抽水站站长,主要从事大型泵站机电设备安装、检修、日常运行管理维护和技术改造等工作。 作者单位：江苏泗阳闸站管理所
关键词：真空断路器；绝缘套管；过电压；RC电压抑制器；避雷器
中图分类号：TM561.2 文献标识码： A
泗阳二站位于泗阳县众兴镇境内的中运河上，属于江水北调第四梯级站，淮水北调第一梯级站。安装有2.8ZLQK-7.0液压全调节轴流泵，配用TL2800-40/3250立式同步电动机2台套，设计流量为66m3/s，总装机容量为5600千瓦。主电动机配用ZN28-10/1250型真空断路器，额定电压为6kv，额定电流为1250A，额定开断电流为31500A。
该站主电动机在2011年5月份的一次抗旱抽水停机过程中，发生主机手车开关设备B相和C相绝缘套管击穿事故，通过现场检查和解析，得知为在高压主电动机的停机过程中，手车上所配备的真空断路器产生的过电压所致，后通过采用增加电容和电阻串联作为保护元件并联在负载上，组成RC电压抑制器和使用氧化锌压敏电阻避雷器以替换原普通避雷器（见虚线部分）的方法，采用上述措施后机组运行到目前再也未发生类似事故，具体电路改造部分如图。
1、真空断路器特点
真空断路器具有维护工作量小、断流容量大、适宜频繁操作等许多优点，在电力系统中逐渐取代了其它类型开关，得到了广泛的应用。真空断路器是以真空作为灭弧和绝缘介质,它的触头是在密封的真空腔内分合电路的，触头切断电流时，仅有金属蒸汽离子形成的电弧，而无气体的碰撞游离，因金属蒸汽离子的扩散及再复合过程非常迅速，从而能快速灭弧和恢复原来的真空度，可经受多次分、合闸而不降低开断能力。
真空断路器具有如下主要特点：真空灭弧室小巧，分、合闸所需功率小，动作快，能防火防爆；电气、寿命长，维修工作量少；熄弧后触头间隙介质恢复速度快，对开断近区故障性能好；开断容量大，允许开断次数多，适合于频繁操作的场合；燃弧时间短，且与开断电流大小无关；但在开断小电感电流时容易发生截流过电压及电弧重燃过电压。一般从加强运行管理和采取防护措施这两方面来抑制操作过电压，以保证设备的安全运行。
2、产生过电压的类型及分析
在真空断路器前后两侧均存在着电感、电容，电感则为电机的等效电感和导体及变压器的等效电感; 电容为导体对地及相间的等效电容、电机的等效电容等。由于电机绕组存在较大的电感量，以及绕组的匝间电容、对地电容和杂散电容的存在，相当于一个LC振荡回路，根据真空断路器操作过电压产生的机理，当切断小电流时容易产生过电压，危害电机绝缘及回路电器设备。真空断路器开断电机回路时产生截流过电压、多次重燃过电压及三相同时截流过电压等三种。
截流过电压的大小与截流值及负载的电感成正比，当开断电流达到几百至几千安时，一般就不发生截流现象。当真空断路器断开容性电流或大的电感电流时，重燃或重击穿过电压是问题的主要方面。另外，断路器的分断速度亦和操作过电压有关，很明显，当断路器的分断速度增大后，电流过零时触头的分开距离增大，介质强度亦因此增大，当然不易发生重击穿现象。
3、过电压的防护的有效措施
针对以上分析，过电压防护是从技术上防止、抑制其数值使之保持在允许的范围，以减小过电压对电气设备的危害和提高供配电系统的可靠性。
a、真空管是造成截流过电压的主要原因，所以采用导热系数低，饱和蒸汽压高、低截流水平的触头材料，应用纵向磁场的熄弧原理，把截流过电压控制在一个较低的水平，是真空断路器真空管生产厂家经常采用的一个有效方法。
b、为了防止重燃或重击穿产生的过电压危害，亦常采用在真空管电极间加上一定的电压，让电极间隙发生火花击穿放电，并控制放电电流的大小；经过若干次的这种火花放电，存在于电极表面许多肉眼看不到的“毛刺”将被清除掉，击穿电压因此而得到提高。
c、选择合适的分闸速度。在分断小电感电流时，操作机构的分闸速度适当地慢一些，可以减少截流值；而分断电容电路时，分闸速度可以快一些，以增加触头断开距离，提高触头间的介质强度，减小重击穿发生。
d、降低截流值，从根本上降低截流过电压。适当加大触头开距，以抑制电弧重燃过电压。
e、设置R-L保护器。将电阻R与铁心电感L并联后串接于开关与电缆之间。正常时铁心饱和电感值较小，压降及损耗都很低，不影响负载的工作。当发生电弧重燃振荡时，高频电流使铁心电抗增大，抑制过电压，电阻起阻尼及限流作用。
f、把电容和电阻串联作为保护元件并联在负载上，组成RC电压抑制器，如下图所示。这种电路能降低截流过电压及过电压上升陡度，还能在高频复燃时用电阻R吸收能量使高頻振荡过程强烈衰减，因而有限制重复性高频过电压的作用。由于负载等效电感和开关的截流值等参数难以查找和实测，难以准确选择阻容参数。根据经验，一般吸收电容选0.1～0.3μF/相，吸收电阻选100～200Ω/相，功率以不小于100W为宜。但值得注意的是，如果R、C阻容参数选择不当，不但起不到保护作用，反而会起消极作用，甚至会导致过电压幅值倍增，在小电流接地系统中，单相接地短路因R-C保护器电容电流太大而招致系统馈电回路跳闸。因此在选R-C电压幅值抑止器时应谨慎小心。
g、负载上并联电容和避雷器,利用电容器可以减缓过电压上升陡度，而避雷器可用来限制过电压的幅值。
h、采用氧化锌压敏电阻,这是一种无灭弧间隙的避雷器。在正常工作电压下，阻值很大，电流很小；当出现过电压时，阻值剧降，犹如某种晶体稳压管，可以有效地防止负载过电压。采用氧化锌避雷器，氧化锌避雷器实际上是一个非线性压敏电阻，在工作电压下呈极大电阻， 漏电流为微安(μA)级，不影响电网运行。过电压时其阻值剧降并呈稳压特性，将过电压限制在2倍相电压以下，且阀片间有一定电容量，抑制残压的突变。
结语
通过对真空断路器操作过电压的产生机理分析，指出在电动机回路中装设真空断路器时，必须有完善的保护设备来限制真空断路器的操作过电压，更好地保护主设备，才能不断地扩大真空断路器的使用范围，使电动机安全、可靠、经济地运行。
作者简介：赵水汨(1971---), 男,工程师,抽水站站长,主要从事大型泵站机电设备安装、检修、日常运行管理维护和技术改造等工作。 作者单位：江苏泗阳闸站管理所