JY82型检漏继电器爆炸原因分析与对策

JY82 型检漏继电器爆炸原因分析与对策
作者：摘要：本文先展示出调查资料，接着运用理论分析与实际观察相结合
的方法，从技术角度分析了检漏继电器爆炸原因，又运用事故树方法，从系统角度分析了各原因之间的关系，并提高出了防止事故的理论依据，最后从实际出发，提出了具体对策。

目录、事故调查概况
（一）、检漏继电器
（二）、供电系统及环境
（三）、事故经过
二、技术分析
（一）、原因之一
（二）、原因之二
（三）、原因之三
（四）、原因之四
（五）、原因之五
（六）、放电过程
三、系统分析
四、对策
五、照片
检漏继电器爆炸情况调查表
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附：（说明）
一、资料来源于柳湾矿一号井机电队工作记录，事故记录，作者实际观察记录，损坏设备调查分析记录。

二、由于原始资料所限，无法知道当时、当地环境参数定量值，凭感觉相对比较分为：重，较重，一般。

三个等级。

据其它资料推测断定，使用环境符合检漏继电器说明书要求。

三、实际调查爆炸检漏继电器（JY82-3）20 台，但多数丢失铭牌，只选有代表性的8 台列入表中，爆炸后的其它检漏继电器状况与表中所列相似。

统计如下：
三相接线柱放电20 台，占100%。

危险牌有放电痕迹15台，占75%（5 台无牌）
盖有放电痕迹 2 台，占10%。

直流继电器接点烧坏粘连19 台，占95%。

电抗器（零序或三相）烧坏15 台，占75%。

18台与爆炸检漏配套的馈电开关故障统计如下：
脱扣机构失灵10 台，占56%。

三相触头同时性超限16 台，占89%。

烧坏脱扣线圈 4 台，占22%。

检漏继电器是煤矿工人的电气保护神，但某矿八年中（81年〜89年）发生20次内部三相短路故障---俗称“爆炸”，很有必要作一番分析：
一、事故调查概况
（一）检漏继电器（以下简称“检漏”）型号：JY82-3爆炸后壳体内漆黑，内壁、零件上罩着一层黑色粉末，表头玻璃破碎，各引线外皮烧焦，直流继电器接点烧粘在一起，电抗器常烧坏，晶体管表面虽好，但不能复用，值得注意的是：所有爆炸的检漏，壳体内电源接线柱顶端均有放电痕迹，如照片（1）所示，但压线螺母的尖角上都没有放电痕迹（接线盒中电源接线柱间没有放电），盖在接线柱上的危险牌，正对接线柱的平面有三相放电痕迹，如照片（2）所示。

还发现有两台检漏盖上有放电痕迹，如照片（3）。

据调查，这是取掉危险牌（违章作业）后，三相放电所致。

（二）、供电系统及环境
供电系统如下图所示（线路总长约1000m）
1 —咼压开关
2 —变压器
3 —低压总馈电开关4-检漏继电器5、6—分路开关
7、8—磁力起动器9、10—电动机
图1 a供电系统示意图
1 —馈电开关
2 —脱扣线圈3-检漏的二相电抗器及零序电
抗器4 —负荷等效电感 5 —磁力起动器
图1 b 供电系统原理示意图
检漏爆炸后，常常发现配合检漏跳闸的馈电开关脱扣线圈烧坏，脱扣机构失灵不动作，三相触头接触同时性超限。

变电所无人值班，空气潮湿，含有CO、CO2等有害气体，粉尘较重，低沼气矿井。

但符合检漏继电器说明书要求使用环境。

（三）、事故经过
爆炸前系统发生漏电故障，检漏跳闸，生产工人不知停电原因，向故障点“强送电”，过一段时间，检漏爆炸、低压或高压开关跳闸。

强送电有以下几种：专人守在馈电开关旁边，跳一次送一次电，直到检漏爆炸或馈电开关不能跳闸（脱扣机构失灵或脱扣线圈烧坏）为止；懂一点机电的工人将脱扣机构绑扎甚至损坏强送电；将脱扣线圈引线剪断强送电；关闭检漏继电器送电（下文所说的“强送电” 不包括这种强送电）
二、技术分析
（一）原因之一：强送电产生过电压
在图1中，发生漏电时，4动作，3断电，一般不会引起爆炸
若强送电，则会出现很高过电压，一般达（1.1〜4）5 M①（U①m相电压幅值），
690V系统可达4X 690
X 2 =2253乂过电压种类及产生原理如下：
A
0）一一相系统原理图
丄一丄
（b）锌值单相图图2电弧接地原理图
1、在向故障点强送电时，如果故障点是电缆损坏或电气设备淋水，使一相与地线之间间断接触，往往产生单相接地过电压及电弧
③
接地过电压，可达3 5 M。

原理如下：
在图1中，若A相发生单相接地故障，零序电流在线路阻抗上产生压降而使健全相对地电压升高，过电压值与系统的零序阻抗及
③
故障点的接地电阻有关，一般为（1.1〜1.3 ） 5M不会引起检漏爆炸。

若A相发生单相电弧接地故障，先不考虑线路经电抗器接地，将图1简化为图2a、b （假设R=x未画出），从图2中可知，流过故障点的电流是另外两相的对地电容电流；由于电流值一般很小，
往往不能形成稳定电弧。

故障相（如A 相）的电压在最大时（如正峰值U M）发弧，B和C相的对地电压要从-0.5 U川突变到-1.5 U °M；在过渡过程中，有变压器和线路的电感与线路电容形成的高频振荡电流过故障点；若B和C相的对地电压变到-1.5 U ®M时，高频振荡电流恰好第一次过零而使故障点电弧熄灭，则三相导线上的电荷将重新分布而使整个三相系统获得一个负直流电压；半个工频周期后，A相电压为-U°M与负直流电压之和，若故障点再次发生电弧接地，则产生与前述相似的过程；由于系统中留存上次负电荷，高频振荡电流加大，于是这一次可以使整个系统获得更高的正电流电压。

这样，电弧时熄时燃，由于系统内电磁能积聚，在故障相和健全相都可能
④
出现很高的过电压。

④
若考虑图1中电抗器接地且不处于最佳补偿状态，R J工^,则过电压值可达3U°
2、多次闭合三相触头不同时接触的馈电开关，会产生谐振过电
压，其幅值最高可达6.7U°,实际中可能达（4〜5）U®（U®相电压）
简述如下：
三相触头不同时接触十分普遍,且不易解决。

在图1 中,合馈电开关时, 设A 相触头先接通, 在其他两相还未接通瞬间, 相当于 A 相经单相电容接地，用戴维南定理可得等效电路图3。

当X L二x c时，发生串联谐振，电容c两端即A相对地出现高电压（实验台可达6.7 UQ ,A、B及A C相间随之出现高电压；两相触头同时先接触，也会发生串联谐振,但最高电压较上述情况低；三相同时接触,不谐
U A - - A 相对地电伍 C--单相对地电容
R O +JXL --等效限抗.由零序电抗器聊抗值决定。

图3 单向经电容接地的等效电路图
若线路有漏电故障，设B 相（或C 相）漏电，A 相触头先接通,
因为B C 相还没有接通，也就没有向故障点供电，瞬间产生过电压 原理同以上分
析相似。

多次强送电，就会产生过电压，考虑实际情 况，一般为（4〜5） U ®。

3、多次强送电，必然多次断电，这就可能产生开断感性负荷过
⑦
电压，最高可达4 U °。

简述如下:
图4开断感性负荷
将图1b 简化为图4a ,从图4a 可见，当馈电开关切断负荷时， 电感电流在自然过零点前熄弧，电感
L 中的磁场储能以振荡形式突
口--电源电压
L 「-电感性负荷
Ro X L
然转变成分布电容中的储能而产生过电压。

开关灭弧能力强，过电 压咼。

真空开关切断感性负何时，便产生较咼的过电压
（二）原因之二：盖接线柱的危险牌引起闪路放电
图5危险牌及接线柱安装示意图 如图5所示，危险牌用螺母固定在螺栓 d 上，离A 、B C 各相 顶端仅1mm A 与B , B 与C 的电气间隙（直线距离）都是 40mm; A B 与B 、C 间的爬电距离分别为56毫米. 危险牌是表面很光滑的绝缘板，在井下受潮后，吸附一层水膜， 水膜溶解CO CO 及一些固体微粒，形成一层电阻较小的导电薄膜， 在A B 、C 三相间架起了一座导电“天桥”。

当接线柱上有过电压时，顶端包围一层被游离的导电空气---即 发生电晕放电，1mn 空气绝缘间隙（实际中，危险牌常常安装不好压 在接线柱上，间隙变为0）已不起绝缘作用，相当于危险牌压在接线 柱上，相间又增加了一条爬电路径，距离是40+0+0=40mm 过电压再 升高时，通过这条路径 一导电“天桥”发生闪络放电。

这时的闪络 电压远小于无危险牌时相间火花放电电压。

即使危险牌没有受潮，也易发生闪络，最好的情况下，闪路电 压等于火花放
电电压，一般都小于。

井下受潮是难免的，所以，危 险牌易引起闪络放电，并降螺母到外壳尺寸 A —A 同部剖
b)
低相间放电电压。

另外，盖上危险牌使爬电路径改变，爬电距离由56mn变为40mm, 增加了安全隐患。

实践经验表明，没有过电压，即使受潮严重的危险牌压在接线柱上，虽然增加了一条爬电路径，但一般不会发生闪络放电。

请参看照片2
（三）原因之三：“边缘效应”使放电电压降低接线柱周围的电场分布本身就十分不均匀，由于“边缘” [ 指照
片（3），图2 烧伤点所在边缘] 场强很高，使电场进一步畸变，无论是否有危险牌，都能使放电电压降低。

其次，从图5 中可知，整个检漏外壳（接地体）上，边缘离三相接线柱距离最近。

综合起来，就是无危险牌时烧伤盖的原因。

[ 请看照片（3）]以上分析及照片（3）是“边缘效应”不可忽视的证据。

（四）、原因之四：连续多次强送电，检漏内放电电压降低连续多次强送电，检漏内直流继电器接点多次动作放电，每次
动作都放出一定光、热能量，光、热多次作用在狭小的、封闭的检漏腔内，污染、潮湿的空气被部分游离，绝缘降低，易于放电。

空气干燥时游离程度小。

（五）、原因之五：接线柱流过较大电流使表面温度升高，易发生热游离。

漏电时，若多次强送电，或脱扣机构换灵，使只能短时工作的脱扣线圈长时通电烧坏短路，电抗器烧坏短路，从而，接线柱流过较大电流，表面温度升高，达到一定值后，接线柱周围发生热游离（高温下的碰撞及热辐射使气体原子游离为电子和正离子），电压升高，形成火花放电（有危险牌时闪络放电）。

接线柱表面即使达不到热游离温度，也利于放电。

实际中，上述原因造成放电很常见，流过大电流的接线柱压线松动形成放电
就属此因。

正常情况下，流动接线柱电流很小，即使压线柱松动一般不会造成放电。

（六）、放电过程漏电后，若多次强送电，过电压反复作用，空气绝缘降低，接线柱表面温度升高，严重畸变的、很强的电场在接线柱顶端引起局部放电（电晕放电或刷形放电）进而发展成沿危险牌的闪络放电（无危险牌时通过边缘放电）即发生三相短路，出现所谓爆炸现象。

三、系统分析将爆炸事故及引起爆炸和五个原因看作随机事件，设爆炸、原因之一、原因之二、原因之三、原因之四、原因之五分别用T、x1、
x2、x3、x4、x5 表示。

a 表示“放电临界度”（作者自已命名），过电压大小及作用时间综合效应大于等于a时即放电。

a对应不同的发生事件而有不同的值，如：X2、X3、X4、X5同时发生a最小；X2、X3、X4、X5分别单独发生时，a各不相同。

b表示火花放电电压降到一定值。

C表示接线柱温度达到能发生热游离温度值。

据经验及有关理论得事故树图6,则:
T=ax(x 2+x3+bx4+cx5)=ax i x2+ax i x3+ax i bx4+ax i cx5
最小割集：{a, x i, x 2} , {a, x i, x 3} , {a, x i,b, x 4},
{a, x i, x 5,c }
最小径集：{x i}, {a} , {X2、X3、b,c } , {X2、X3、X4、X5},
事故树分析指出，造成爆炸事故（T）发生，最少有4条途径（4 个割集），各途径发生的难易程度依从易到难排列，与上述最小割集排序相同。

如：｛a, x i, X2｝是最易发生事故途径，它发生表示：过电压产生并达到放电临界度，且作用在盖有危险牌的接线柱上，就造成放电事故（T）。

余类推。

事故（T）发生，并不要求五种原因同时起作用，即：x i、X2、
X3、X4、X5同时发生。

但X i、a是发生事故不可缺少的，是造成事故的决定因素。

实际中，往往是X i、X2、X3、X4、X5同时发生，综合起作用，形成爆炸事故。

不过通过类似最小割集给出的途径发生爆炸，
实际中也发生过。

防止爆炸最少有 6 条途径（ 6 个最小径集）
第一条：使X1不发生，即不强行送电，不产生过电压，事故（T）就能防止。

第二条：虽然产生过电压（x i发生），但电压大小及作用时间综合效应达不到放电临界度（a不发生），事故（T）就能防止。

第三条：x i,a发生了，但危险牌没有潜在放电危险（X2不发生），放电电压没有降到一定值（ b 不发生），接线柱温度没有达到热游离温度（ c 不发生）事故就不会发生。

第四条：即使x i,a发生了，但X2、X3不发生，火花放电电压没降低（X4不发生），接线柱温度没有升高（X5不发生），事故就不会发生。

余类推。

防止事故发生应主要防止X,a发生，其次防止X2、X3发生，尽可能防止X4、X5，b,c 发生。

以上分析是制定对策的理论依据。

总上所述，造成检漏爆炸的原因首先是管理方面（如：X i：强行送电产生过电压），其次是技术方面（如：X2 :危险牌潜在隐患），预防也应从这两方面着手，加强管理是关健，采用必要的技术改进措施，是管理失控后重要补救手段。

四、对策
㈠、严禁强送电。

强送电是引起检漏爆炸的主要原因，并且还易引起工作面瓦斯煤尘爆炸。

必须坚决制止。

㈡、大中型矿井变电所必须有专人24小时值班，否则，强送电
不能减少
㈢、加强职工培训，提高识别故障与处理故障能力，以减少强送电发生。

㈣、推广使用带漏电闭锁的电机综合保护装臵，当作分路开关使用的磁力起动器也安装这种装臵。

它能将漏电故障从电网中“孤立”出去，减少强送电发生。

㈤、推广使用带漏电闭锁的检漏，以免发生强送电。

㈥、大搞机电质量标准化，提高电网绝缘水平，实践证明，这是防爆的重要措施。

㈦、经常调整，确保馈电开关三相触头同时性不超限，以防止或减少谐振过电压产生；经常检修，确保脱扣机机构动作可靠性，以防过电压长时作用；防止长时给故障点供电，电抗器损坏，流过接线柱较大电流；防止脱扣线圈烧坏流过接线柱较大电流。

㈧、改进YJ82-3型检漏（焦作无线电一厂生产）局部设计，这是防爆炸的
重要方法。

烧伤点局部横剖面
图已边缘加工成园弧（虚线）示竟图
團了改造危险牌示意图
把危险牌改制成如图7所示式样，在原危险牌上安装4块绝缘板（尺寸、形状如图所示，材料同原危险牌）构成方格，
罩在接线柱上，并使其距离接线柱顶端5〜10mm建议在固定危险牌螺栓与危险牌之间增加几个垫圈，获得5mm距离，或重做一条固定螺栓，形状不变，长度增加10mm获得10mn距离。

并限制接线柱裸露在绝缘座外面的长度不超过20mm这样改制后有如下好处：1、加大接线柱
与危险牌间的距离，使二者不易接触，防止闪络放电。

2、相间增加
绝缘隔板，防止相间放电。

把“绝缘”［照片（3）烧伤点所在园周］加工成曲率尽可能小的园弧，建议R=8mm如图8虚线所示。

以降小或消除边缘效应，加大接线柱与边缘的距离，降小场强相互影响。

五、照片
照片1
照片2
照片3
注：①、请参看《电机工程手册1第3篇、第1章》
②、请参看《矿井电网的漏电保护》123页
③、同1
④、同1
⑤、同2
⑥、产生谐振过电压的理论分析请参看《矿井电网漏电保护，第三章, 第三节》（胡天禄著）
⑦、同1
⑧、请参看《电工工程手册，1,第三篇，第三章4、5》。