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新型矿用中压变电开关装置

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更新时间: 2020年12月28日
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Evaluation Only. PDF. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. 新型矿用中压变电开关装置 南斯拉夫〕N.玛里诺维齐 一、前 中压电能的转换和输送,涉及一系列的其他问题,特别值得注意的是配电电压有增大的趋 向,以及如输出功率为150kW以上的较高功率,驱动电机直接控制的可能性。 南斯拉夫此类电压一般为5~6kV,因此,每个配电板都需要安装电压达6kV的转换开 关装置,例如: 用于矿内配电的电缆配电; 6/0.5kV或6/1kV变电站转换变压器的变压器配电板 用于控制驱动功率较高的电动机配电板; 用于转换6kV配电的馈入配电板。 除了上述转换装置以外,还需要配有: 小型油断路器 真空接触器或断路器。 上述矿用变电开关装置,应装备适当的电器保护设备,例如 过载保护; 一短路保护 一接地故障保护(用于绝缘网路系统) 电缆的接地或外部损坏的监控。 对于交流电而言还需要有欠压或单项保护设备。所有保护装置的选型,以下文介绍的标 但考虑到可能伴随着爆炸作业带来的频繁的破坏作用情况就发生根本的变化。当研究 危险性的状况时,不仅考虑其发生的概率,并且还在定量评价静电导致的危险时,还必须乘 上一个破坏因数,可便正确地规定一个容许的危险性指标。 四、结论 根据以上论述和分析可以看出,静电是一种不容忽视的危险因素星则在爆炸危险的环 境中,出现这种危险的可能性并不很大,而上述爆炸危险来自具有爆炸性物质、易燃性物质 或静放电。 为规定容许的危险性指标而进行的危险程度的估价,是一种手而复杂的研究课题,这 不仅由于涉及的因素众多,也由于静电现象发生的情况多种多样,因此全面研究上述问题是 不可能的,为了取得突破进展,只能集中力量研究某一具体方面。 〔参考文献略 王文译孙茂远校 384 Evaluation Only. Created with Aspose. PDF. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. 准模块电子元件以及其特性为基础额定参数一般是:入电流为300A或800A以下,切断 能力为250MVA。当采用真空接触器或断路器时,会出现一个特殊的问题,即由于切断过 大电流值,电路切断处产生超高压。 二、在爆炸性空气中使用的电器设备的保护 使于这种变电开关装置的关键问题之一,是用于爆炸性空气中保护设备的选型,主要取 决于井下爆炸性空气和可燃性煤尘的种类。上述配电板本身包含一些引起火花的元件,或者可 能产生火花的元件(例如,真空接触器)。因此,设计时就必须以不点燃爆炸性空气为原 则。目前,用于燥炸性空气中的保护装置有两种类型(根据不同国家而有一定差别 (a)防爆型 (b)安全型。 大多数国家在设计时喜欢采用防爆外壳。然面,联邦德国采用综合保护法,例如 安装小型油断路器 采用无火花连接元件作为增安保护3 把其他发火部件置于防爆壳体内(常有多个部件)。 南斯拉夫采用的基本保护类型为增安型,其安全规程对这种保护设备在井下采区的应用 有一定规定,这类装置在限定范围内使用,所有设备要完全封闭在大型防爆壳体内,以达到 保护的目的。这里必须指出两个主要问题: (a)大型防爆壳体的重量很大 (b)活动性部件的安全间隙或绝缘(电压6kV)。 由于应用塑性变形材料制造薄壁式壳体的新技已经成功地解决或者至少说减少了防 爆外壳过重的问题。目前,可以制造重载条件下全封闭标准系列开关装置的外壳。然而,6kV 部件之间的安全间隙问题仍很严重,特别是目前的规范尚未解决的地方,尤其需要注意。众 所周知,爆炸火花(在防爆壳体内可能产生的一种现象)使带电部件之间空气电离,从而以 接地故障或短路方式出现跳火,即使采用上述增安型安全间隙的情况下也是如此 一些研究表明,因为电流为10-A时发热发电就可转变为电孤放电,爆炸火花尖端的电 阻已达到数千欧数量级。即使在防火保护适当的条件下,问题仍在于我们是否能允许壳体内每 次爆炸都将引起短路故障。事实上,这种设备都应具有防止短路或接地故障保护。而且,上 述保护装置的高度可靠性和即时动作(无迟滞)具有极其重要意义。这种短路或弧光放电应 当在100ms内便可阻断,以防止出现更多的危险后果(如火焰沿内壳蔓延),而这些是防爆 外壳设计时未加以考虑的特殊问题。由于环境中出现爆炸性混和物(气体,才可能出现电 弧放电,设计壳体时应考虑能防止灼热粒子或其他短路效应产生火焰的蔓延。 这里应当说明一点,这种转换开关装置,只有在灭弧机构精确封闭,并与壳内气体隔离 的情况下才能使用。否则壳体内爆炸性气体将取代空气,可能影响开关装置的功能和灭弧能 力,特别是电火花将引起爆炸性气体燃烧,可能进一步降低快速灭弧的能力。 三、矿用变电开关装置的设计 鉴于上述原因,我们设计6kV的带电部件的电流线路时,应考虑到在爆炸火花作用下, 接地时或相位之间不产生跳火现象。研究表明,并非所有的隔间都是理想的,因为它们分割 385 Evaluation Only. Created with Aspose. PDF. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. 了空间并且使爆炸压力增高,因此要根据严格的壳体强度标准进行专门的试验对可靠安全 间隙的研究表明,试验结果相当不稳定,因而此时可以认为研究结果不成功。唯一可行的方 法是采用完全绝缘的高压线路,由于没有这种标准的装置,必须专门设计,就会产生很大困 难。这些装置的用量较少,因而成本较高。而这样一来就会消除防爆外壳的基本优点(一般 来说,应能用于标准化的电气设备。采取了设计时应用标准开关装置,但配有6kV电路 绝缘所用专门的附件这一折衷方案。因此,避免了由于爆炸火焰而产生的跳火电离。打算根 据标准间隙安装标准化电气设备,使其完全绝缘,是非常不实际。因此,绝缘问题需采用 综合方法来解决,部分带电部件直接绝缘,如安装绝缘套管、绝缘胶布或专门制造的塞盖。 爆炸在隔间传播时,隔间形状不能引起局部增压,设计隔间必须考虑这一点。因为即使在同 样的发火位置,爆炸火花的蔓延方向也不相同很难进行定性和重复试验,这是个特殊性问 题。遗憾的是不能保证做大量的试验以及对比较昂贵的设备和装置没有一点损伤。为此不能 采用模型试验,只是对实际部件进行绝缘试验每次爆炸只引起表面绝缘层的轻微损伤。 图1是开关装置结构示意图,其 主件是装有短路电流保险丝的真空接 触器正如图中所示除了电流互感器 和信号及控制部件以外,整个装置都 放在与接线盒相接的可拆卸架板内。 在拆卸位置上(也可以是试验位 置)由于外壳封闭,放在架板内的设 图1高压变电开关装置的示意图 备与电压可靠隔离,因此,这个架板 1防爆外壳;2一真空断路器:3一电子控制和保护装置4一高 也可作为6kV电路的绝缘物。 压保险丝;5一变压器;6一变流互感器 在折卸位置上可由外部提供附加 电压,以试验该装置的功能。在接通位置时,所有开关构件都处于带电状态。与此同时,外 壳联锁不能开启。只有当拆除架板、断开电路时,外壳才能打开。处于带电状态的部件用IP20 防护装置屏蔽,满足安全要求。 图2和图3分别表示外壳闭锁以及架板处于打开状态的开关装置。 图2防爆高压开关装置(闭锁状态) 图3防爆高压开关装置(打开状态) 图4示出了快速拆换的架板后,技工在车间里可以修理所有部件图中还示出构件的 布置。 386 Evaluation Only. Created with Aspose.PDF. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. 回 图4防爆高压开关装置(拆卸状态) 图5装有真空接触器的高压开关装置示意图 真空接触器装在后下部,变压器位于后上部,并与kV电路相连。带隔板的高压保险 丝安装在前项部,其下部是可拆卸部件组成的电子保护装置(图1)。 四、电气保护 上述装置的电气保护全部采用电子模块式,因此可以根据装置的功能选择保护模件。除 了电源以外,电气保护装置包括具有以下功能的电子模件: (a)过载和短路 (b)直接接地故障保护(也适用于绝缘网络系统) (c)用于检查接地和进行电缆检验的控制电路(防止电缆外部受到机械损伤) (d)合闸前检查电缆的绝缘性能,带电情况下监测电缆绝缘(仅用于绝缘网络 系统) (e)故障处理以后自动重新合闸。 对于所有网络系统,即绝缘网络或通过中心一条导线接地的网络,(a)、(b)、(c) 项模件电路示于图5为接触器开关盘,图6是断路器开关盘(不管采用哪种灭弧系统如小型 油开关、真空或SF) 回 L -OMTR 图6装有断路器的高压开关装置示意图 387 Evaluation Only. Created with Aspose. PDF. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. 模件(d)和(e)仅打算用于绝缘网路系统并在6kV网路上进行试验。因此, 我们希望在下次会议上报告这一试验结果在南斯拉夫这些电子模件已成功地应用于0.5~ 1kV网路中,称为ASZK系统。 由于在短路情况下开关设备跳闸需要的能量不同,在短路时断路器跳闸机构的动作电压 不足(电压瞬时降低),因此所采用的接触器盘或断路器盘电子保持装置大不相同。有关短路 保护的另一个重要问题是出现开关电源电压不足之后,“记住”这个短路电路,以便由人工 重调该开关装置。 1.装有接触器的开关装置 在装有接触器的开关装置中,无须安装短路跳闸的保险电源,因为如果由于路使电 压降低,只要电流低于接触器切断电流,接触器就会跳闸并切断电路。这也适用于短路 电子保护装置的激励。在短路电流高于接触器跳闸电流的情况下,熔断保险丝需较长时间 (0.1ms)内切断电路。在电流较低的情况下,熔断保险丝需较长时间,而电子保护装置要 快得多,因此保险丝根本不会烧断。 图5示出电子保护装置的示意图,可以看出三个基本组合电路,即: (a)接地故障电路。它的输入信息是米自ST放大变压器的各种故障电流,来自 KT电容变压器把绝缘相导线缠绕在金属薄片上制成)的中性点与接地之间的电压变化。 (b)短路过载。它的输入信息是电流变压器ST的电流变化,该电路把变压器次级的 标准5A或1A电流转变为1mA,供电子装置进一步处理。 (c)用于检查接地和电缆检验装置的控制电路,即检查电缆外部是否受到机械报 伤,电阻值是否增大1k 为了使接地故障保护装置明确指明障地点,对故障电流和电压进行比较,但只有开关 装置来的接地故障信息,才能使接触器K跳闸,并发出相应的故障信号S。 所有相电流数据都输入“max单元,该单元从中剔出最大值并经过处理,选出使接触 器跳闸的数值,电压复原以后机械地“记忆”过载或短路的有关数据,如果短路电流仅通过 支而不引起该区域短路的话,可以采用人工重新调整(R)的方法或自动地复位合闸 2.装有断路器的开关装置。 在装有断路器的开关装置中,使断路器(OS)跳闸并切断电路,需要的功率量级为 10VA。在这种情况下出现短路会产生一个特殊问题,即电压将降低一半,这个电压值不足 以释放断路器。因此,仅使用电流断路器OS,使它们动作的是电流而非电压。为此,根据图 6中的接线示意图,两相或三相电流被中间变压器(M)以磁力收集中间变压器的次级线 圈也是电流断路器的电源,借助于积聚在弹簧中的能量打开电路断路器的触点这是对图5 所示装置的唯一改进,因为其他电子元件在设计和功能上都与图5中的相同。在两种情况下 都处理电流数据,最终保护激励点调定如下: 短路电流调定为该开关装置的2倍; 对于过载,取决于该装置连续运行的电流值和限定电流的动作时间。 五、过电压 根据开关装置电气绝缘的国际标准和许多国家的标准,应对额定电压6kV的开关装置 验以下问题 388 Evaluation Only. Created with Aspose. PDF. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. (a)电压升高时的电流频率(50Hz,60Hz,电压20kV,持续1分钟) b)两种绝缘等级的脉冲电压; 高绝缘级60kV3 低绝缘级30k 施加标准直流脉冲电压在1.2内达到最大值,在不到50s内降到原值的一半。由于煤 矿中电网仅由电缆组成,不必达到过电压较高绝缘等级。因此,根据常规实践,仅要求接地 的装置达到较低的绝缘等级即可。然而,我们必须指出,过电压不仅由大气放电引起,也与 开关装置本身有关,特别是随着新技术如真空或S灭弧的应用,容易在交流电的瞬时值未 降到零之前,就切断电流。因此,在这种开关装置的技术参数中,该电流被称为切断电流, 其范围为0.5~10A。该电流将因为存在波阻而使切断的电路发生振荡,同时产生第一个过 电压峰值 Up =IZe 式中断路电流; Z被切断电路的波阻, Z=√Lc 只要额定电压6kV的装置,超电压不超过34k.由于额定输出功率超过150kW的电动机 和大于250kVA的于式变压器波阻最大值可能达到12k,因此,这意味着最大允许切 电流为3A。然而,因为电流中断纯属功能现象,不能准确地测定绝缘强度,该电流最大值应 限定在2A内(一般取安全系数为1.5)。所以,如果用断路电流不高于2A的开关装置, 由于接地绝缘级别很高,不需要检验开关装置和其他高压设备的绝缘情况,而上述问题对于 正在使用中的设备是个非常棘手的问题。 必须指出,尽管一些开关制造厂家提供了这种断路电流最大允许值为2A的开关,但 是,仍不能完全解决这一问题。断路电流极限值多指新装置而言,但是由于生产技术的发 展,断路电流会随之增加。实践表明,断路电流值越低,断电流增加得越大对于用户这是 比较严重的问题,对于检查断路电流很复杂,只能在设备精良的试验室内完成,而用户不具 备这样的条件,这就意味着只有当电气设备的绝缘出现故障时,用户才会知道开关装置引起 的危险性过电压。 可能的解决办法之一,是使用吸收振荡能和开关过电压的RC滤波器,但是,这样的滤波 器应性能可靠,并能与所有三相电路正确相连。尽管可以检查滤波器的连接状况,但是,这 将大大地增加制造费用。滤波电路不仅增加开关装置的成本,而且也是一个干扰的永久性潜 在因素,如电容器的击穿。然而最糟的是出现断路时,用户不会被预告。唯一的优点是引起 R滤波电路故障是短路,而不可能是断路。因此,短路保护将动作,并报警用户RC滤波 电路出现故障,只有当更换了出故障的滤波器以后,开关装置可恢复运行。 参考文献略〕 魏有志朱振海译孙茂远校 389
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