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淺談低壓斷路器失壓脫扣裝置的使用


2021年3月27日,XX配電室因外線斷電,導致整棟大樓停電,需重新倒閘送電操作,該配電室為廈門壹電電力服務有限公司長期服務的對象,在接到用戶的搶修需求后,我司工程師第一時間趕到現場,為用戶提供倒閘送電服務,并分析斷電原因。在現場倒閘操作時,我司工程師發現了,該配電室內的低壓柜402框架斷路器的失壓線圈脫扣功能不動作,外線停電時,開關并未自主分閘;當外線來電時,高壓904開關合閘時,其實是屬于帶載操作,不符合倒閘操作的工序流程,可能會對配電設備運行產生危害。本期咱們淺談配電室低壓柜框架式斷路器失壓(欠壓)線圈脫扣功能不動作的危害及處置。

 

一、失壓線圈定義

低壓斷路器也稱自動開關、自動空氣開關,在交流(直流)電壓1.2(1.5)kV及以下電路中能自動接通、承載和分斷正常條件下的電流,也能在所規定的非正常電路條件下(如過載、過流、失壓、欠壓等)自動接通,承載和分斷電流。

失壓(欠壓)脫扣功能是指低壓斷路器本體自帶有的一項重要保護功能,由與其同體安裝的欠壓脫扣器實現。國標GB14048.1-2000《低壓開關設備和控制設備 總則》規定欠壓脫扣器的動作范圍為額定電壓的35%-70%,零電壓(失壓)脫扣動作電壓在額定的35%-110%。失壓脫扣器安裝在低壓斷路器內,脫扣器與銜鐵相連的拉桿和斷路器的脫扣桿之間留有一定的間隙。其工作原理為:當線路電壓正常(80%-110%額定電壓)時,欠壓脫扣器的銜鐵被其鐵芯吸住,斷路器處于運行(合閘)狀態;當線路電壓降到70%的額定電壓以下時,欠壓脫扣器的鐵芯電磁吸力減?。ㄎ蛔°曡F),銜鐵脫開并帶動拉桿撞擊斷路器的脫扣桿,使斷路器分閘。

欠壓脫扣器作為受電網在欠壓或者失壓的狀態下的保護,體現在當受電網出現失壓時,欠壓脫扣器降瞬動或者經一定時間的延時后使斷路器跳閘,斷開電源以保護線路、電纜、用電設備。當受電網出現失壓時,防止電網恢復供電對電氣設備產生沖擊,欠壓脫扣器也會使斷路器跳閘。

二、低壓斷路器欠壓(失壓)脫扣功能使用現狀

電力系統不可避免的存在瞬時電壓波動、閃變、瞬時斷電,例如沖擊負載、大型電動機直接啟動、供電系統短路故障、雷電等原因就有可能引起低電壓閃變,因此造成了有些用戶配電系統0.4kV低壓側帶有失壓(欠壓)脫扣器的低壓斷路器出現跳閘事故。

另外,線路故障跳閘、限電、檢修等情況下,0.4kV低壓側斷路器也可能因欠壓(失壓)脫扣器失壓而跳閘。當線路恢復供電時,必須由專業電工對低壓斷路器進行合閘操作。

以上兩種現象,一是電壓短時波動、閃變引起低壓斷路器跳閘造成用戶突然斷電;二是因線路檢修或者故障等原因引起的。

三、欠壓(失壓)脫扣器取消或者不動作的危害

在配電網中低壓斷路器的工作位置是在供電設備和受電設備的連接處,我國低壓供電電壓為400V,受電電壓為380V,功能上看失壓(欠壓)脫扣器的監測受電網電壓的。低壓斷路器取消失壓(欠壓)脫扣器或者脫扣器不動作了,當受電網處于欠壓或失壓狀態時,低壓斷路器將不會進行跳閘保護動作,雖然這樣用戶不會因電壓波動帶來的低壓斷路器跳閘而斷電,但是這樣的做法會對電網安全經濟運行、用戶負荷設備、國民經濟生產帶來不一樣的程度損害。

①、對電網安全經濟運行帶來的影響:

受電網失壓(欠壓)后,由于用戶取消失壓(欠壓)脫扣器功能或者脫扣器功能不動作,在線路故障跳閘、限電、檢修等情況下低壓斷路器將保持閉合狀態。如果電網恢復供電,一方面由于操作過電壓和沖擊等原因,會造成瞬間的電壓質量變化,對用戶設備造成嚴重的威脅甚至損壞;另一方面,由于所有的線路的低壓斷路器都保持著閉合狀態,所有的用戶設備將同時啟動,啟動電流大,可能引起線路瞬時過載,對電網安全運行極為不利。

另外,國標GB 50052-95《供配電系統設計規范》規定,中斷供電將造成人身傷亡的、重大政治影響的、重大經濟損失的一級負荷及部分二級負荷的,必須配備備用電源。對于這一類型的用戶,如果取消失壓(欠壓)脫扣器的或者脫扣器功能不動作的,在電網故障斷電時,用戶側斷路器將不會跳閘,而此時備用電源切換投入供電,將有可能產生電流倒灌的情況,存在著危害電網及人身安全。

電網欠壓運行,對電網的安全和經濟運行都極為不利。在安全方面,運行電壓過低(低于額定電壓70%)時,將可能導致電網無功功率缺額增大與電壓進一步下降的惡行循環,嚴重時可能導致配電網系統崩潰,從而造成大面積停電事故;另外額定負載運行時的變壓器的有功損耗是其空載損耗的幾倍甚至幾十倍,因此當傳輸功率較大時,欠電壓運行將導致變壓器過電流,并可能因此損壞變壓器,進而危及電網安全運行。在經濟方面,配電網傳輸的功率不變(負載沒變化)時,欠電壓意味著過電流,而電流越大配網損耗(線路損耗、變壓器損耗等與電流平方成正比)就越大。

②、對用戶負荷設備帶來的影響:

電網用戶側負荷主要有交流電動機及家用電器設備,且交流電動機占負荷的很大比例。國標GB50055-9《通用用電設備配電設計規范》第2.4.10條指出,交流電動機的低電壓保護應符合下列規定:低電壓保護器件宜采用低壓斷路器的欠壓脫扣器或接觸器的電磁線圈,即如果用戶有使用交流電動機,宜安裝欠壓脫扣器。

如果用戶側低壓斷路器取消失壓(欠壓)脫扣器功能或者脫扣器功能不動作時,則當欠電壓嚴重時(低于70%額定電壓),低壓斷路器將不會跳閘,從而致使相關用戶的用電設備處于欠壓運行狀態,這將產生許多不良后果,尤其是電動機。由于電動機的最大轉矩和運行電壓的平方成正比,因此它的最大轉矩將隨著電網電壓的下降而急劇下降。當最大轉矩下降到臨界轉矩時(即正好與負載阻尼轉矩相平衡的轉矩),電壓再有下降,電動機就可能發生疲倒、堵轉等情況,致使其工作電流急劇上升并達到甚至超過額定電流,最終可能因為電流過大而燒毀繞組,引起短路。另外,三相異步電動機端電壓降低時,其定子和轉子電流將增大,若長期處于低電壓運行,勢必加速其絕緣老化,從而縮短使用壽命。

③、對國民經濟生產帶來的影響:

隨著生產力的進步發展,生產或使用電子設備的高新技術企業的不斷增加,對電壓質量的要求也越來越高。如一些機床用的控制電器,如交流接觸器等,在電壓降低時,會導致電磁吸力不夠,從而使操作控制失靈,并使電觸頭嚴重燒壞或產生熔焊,甚至引起電氣火災。對于生產半導體或電子產品的企業,對電壓波動非常敏感,當電壓低于額定電壓一段時間,將導致產品次品率明顯增加,甚至發生生產停頓。再如醫院,醫院的手術醫療設備,當發生欠壓而造成設備不能正常工作時,將帶來嚴重的后果。

四、針對欠壓(失壓)脫扣器的解決處置

針對上述問題,一、建議采用延時欠壓脫扣器加以解決。其工作原理為在低壓斷路器開始工作時,電源通過欠壓延時裝置對欠壓脫扣器充電,使其保持吸合并監視電網狀態,當電網電壓處于額定電壓的35%-70%或瞬時斷電時,電源無法提供足夠的電壓保持欠壓脫扣器吸合狀態,此時欠壓脫扣裝置釋放儲備的電源,對欠壓脫扣器供電,使其延時動作;二、針對欠壓(失壓)脫扣器已損壞,功能不動作的,建議更換欠壓(失壓)脫扣器,讓斷路器保持有保護狀態,即可保障供電的靠靠性,還能提高配電設備的使用壽命。

 

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