袁小会 李宏晓 李斌

【摘要】：分析了各类产品的电动机的过电压限制情况，提出了六柱全相双安全保护装置，可以很好的保护电动机绝缘。

【关键词】：电动机绝缘、过电压。

在中压系统内，高压电动机的绝缘最为薄弱，相同电压等级下，与其他设备的耐压值差距很大，例如，10kV的变压器雷电冲击耐压值为75kV，而10kV电动机的雷电冲击耐压仅为34kV。由于高压电机线圈分布电容的影响，陡升和陡降的过电压冲击波，会对线圈的匝间绝缘造成伤害。因此，对高压电动机的绝缘保护即需要考虑主绝缘的保护，还要考虑匝间绝缘的保护。相当于电力系统中的其他设备，高压电机的过电压保护最为困难。

目前市场上对过电压限制的产品种类繁多，原理也不尽相同，保护效果及产品本身安全也差距很大。主要有以下几种：

1、普通三相无间隙金属氧化物避雷器

此种避雷器主要是针对大气过电压设计的，可以有效限制主要产生于相对地之间的大气过电压。但是，对于主要产生于相间的真空开关截流操作过电压起不到很好的限制作用。很多文献对此都有详细的论述。

2、三相四柱型组合式过电压保护器

此类保护器是针对大气过电压和操作过电压设计的，分为带串联间隙和无间隙两种。带串联间隙的产品因有间隙结构，残压值可以相对较低，但间隙存在了冲击系数、放电延时、间隙放电值受到气压等环节因素的影响，难以稳定等诸多问题，实际动作值已超过设备的耐压值，起不到保护作用。另外，串联间隙击穿时会产生陡降的截波，对电机绕组的匝间绝缘十分不利。同时，由于串联间隙的阻隔作用，该产品在出厂后对氧化锌元件无法进行在线或离线检测，元件的工作状态令人担忧。无间隙的产品，因结构中存在中性点，系统平衡时会使相单元荷电率升高，老化加快。而且，在不同的运行工况下，中性点电位不确定，可能造成地相氧化锌元件过载损坏。这两种产品最大的安全隐患是，在四星型结构中，每一氧化锌元件所能承受的电压是二分之一的线电压，如果其中任意一支单元损坏，其他元件就会因为承受不住全部的线电压而损坏，从而发展成系统相间短路事故。即所谓的“雪崩效应”。这类保护器保护不了设备，自身还容易发生事故，以及将事故扩大化。

3、阻容吸收器

此类保护器是针对操作过电压设计的，能够有效降低操作过电压的陡沿，有利于高压电机绕组的匝间绝缘保护，但是，对于大能量的雷电过电压限制幅值效果不佳。另外，目前市场上的阻容吸收器在无谐波和谐波污染严重的系统内，电阻的功率变化很大，因此电阻极容易烧毁，发生事故。在正常运行时，阻容吸收器会增大系统电容电流，在很多系统不能安装。此类产品应用范围有限，事故率高，保护不全面。

4、六柱全相双安全保护装置

该产品综合了目前各种过电压保护器的特点，采用△/Y型结构，如图（一）所示。△型为相间过电压限制单元接线方式，Y型为相对地过电压限制单元的接线方式。并且该产品无串联放电间隙，因而避免了串联放电间隙带来的一系列问题，并且使相间单元和相地单元完全独立，可以根据过电压类型独立选择氧化锌阀片参数，使安全性能和保护性能达到最优效果。该产品结构简单、运行可靠，保护性能优越。并装有氧化锌元件特性在线监测仪和过电压动作计数器，可以对过电压保护器的特性和系统过电压情况做实时监测。

下面以10kV电动机过电压保护为例说明其工作特性：

10kV电动机的绝缘水平：

工频耐压水平：

UR= 2Ud+3=24kV Ud为电机额定电压：10.5kV

雷电冲击耐压水平：

UBIL=34kV

操作冲击耐压水平：

UBSL=0.82 UBIL =28kV

DY型无间隙氧化锌过电压保护器参数：

相对地氧化锌元件参数：

1mA直流参考电压为：

1.7为5kA标称雷电冲击电流下，相对地氧化锌元件的残压比；

1.09为10kV电机的雷电冲击绝缘配合系数。

相间氧化锌元件参数：

考虑到相间氧化锌元件直接跨接在相间，对阀片的安全性有更高的要求，可按较为保守的方法来计算相间氧化锌阀片的1mA直流参考电压：

1mA直流参考电压为：

下面核算各组氧化锌元件在最大系统工作电压下的荷电率，保证DY型无间隙氧化锌过电压保护器在正常运行时的可靠性:

相间最大工作电压峰值

相对地最大工作电压峰值

相对地阀片的最大荷电率 系统正常运行时；

相对地阀片的最大荷电率 系统单相接地时；

相间阀片的最大荷电率。

由以上结果可知：在系统发生单相接地故障时，相对地阀片的最大荷电率较高，但是荷电率较高主要影响氧化锌元件的寿命。一般认为，荷电率<0.75时，氧化锌元件寿命可以达到100年。而系统在单相接地故障下运行只是一种短时的暂态运行状态，在这种状态下即使是较高的荷电率，也不会明显地影响氧化锌元件的使用寿命。所以，上述各组氧化锌元件在各种运行状态下都能够满足长期安全运行的要求。

下面核算该保护器的保护特性：

高压电机的相间过电压来源于真空断路器开断时产生的截流过电压，现代真空断路器的截流值只在数安培以内，可取该操作冲击电流通过相间氧化锌元件时的残压比1.2，

相间保护过电压值：；

相对地过电压保护值：

由此可见，六柱全相双安全保护装置在保证自身安全运行的条件下，可以有效地抑制雷电过电压和操作过电压，对高压电动机起到全面的保护作用。

图（一）

参考文献

1、高压电动机的过电压保护 龙世清

2、带串联间隙四星型接法的MOA王川、杜世俊

3、过电压防护及绝缘配合 张纬跋、何金良等

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。