图2的问题其实与图1是类似的:由于线路中存在过电流保护装置K(其实就是断路器,具有过载保护和短路保护脱扣器),过电流保护装置会对短路线路实施保护,因此短路电流存在的时间很短。图2中配了电流互感器TA,电流表PA接在电流互感器TA的二次侧,电流表能测量到短路电流吗?答案是否定的。一者是因为电流互感器都存在测量电流范围区间,短路电流远远超出电流互感器的测量范围,电流互感器的磁路饱和,故无法测量。
我们注意到图3中短路电流最大值ipk出现的时间是短路后0.01秒,也即10毫秒。这么短的时间,一般的传感器和电流表是不可能测量出来的。
考虑到开关电器(断路器或者熔断器)开断短路电流的最短时间一般在15毫秒到70毫秒,故测量短路电流的实际时间长度在100毫秒以内。
测量短路电流的方法与罗氏线圈有关。因为带电子脱扣器的框架断路器内部就有罗氏线圈,故现代的带电子脱扣器的框架断路器就能定量地测量短路电流。此外,中高压输配电系统也可测量短路电流,还有执行成套开关设备型式试验的测试站也能测量和分析。
图4:罗氏线圈及其磁滞回线右侧的罗氏线圈磁滞回线明显与左侧不同,它不具有饱和特性,故罗氏线圈可以用来测量短路电流。
值得注意的是:罗氏线圈的导电杆承载短路电流的能力与所属开关电器的动、热稳定性密切相关。这里的动稳定性指的是开关电器内部导电结构承载短路电流产生的巨大短路电动力冲击力,以及巨大的触头斥力和电弧烧蚀冲击;热稳定性则是指短路电流对开关电器内部导电结构产生的剧烈发热冲击,还有触头系统的热冲击。
售后服务调查后告诉我,故障发生在车间配电室,不是总配电室。对方一位电工给车间配电室的干式变压器更换排气风扇,不谨把风扇叶片碰到低压侧母线,造成短路和电弧冲击,由于车间配电室的低压开关柜与变压器紧密相连,电弧气体冲入低压进线kV中压断路器跳闸执行的。跳闸后,电工们略加检查就再次送电,不想电弧气体产生的金属蒸汽凝结在进线回路母线的断路器上,之后发生了母线严重短路,低压断路器再次跳闸保护,低压开关柜烧毁。
图8中的短路电流波形是典型的三相短路波形,三相短路电流区分很清晰,且不存在上下对偶。故知,此时母线系统的单相接地故障已经发展成三相短路了,低压开关柜的母线系统彻底损毁了。
通过短路电流故障录波分析,我写出了报告,还原了全部故障过程,以及事故的原委。此事故与ABB一点关系也没有,由水泥厂自行负责。
图9中,REF542就是ABB用于中压和高压断路器的继电保护装置。图中用网线和光纤收发器把信息汇总后发送到电力监控主机中,我们在变电站监控主机中就能看到继电保护装置中的内容。这些内容中既有实时电流、电压、功率、电度、断路器运行状态和各种工作位置、断路器电寿命等等信息,也可观察故障录波的内容,其中就包括短路电流故障录波。