簡(jiǎn)婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：闡述了弧光保護(hù)在變電站10kV高壓室的有效應(yīng)用，通過(guò)比較兩種應(yīng)用、兩種保護(hù)方式，提出電弧光保護(hù)應(yīng)用的模式。電弧光保護(hù)作為開(kāi)關(guān)柜內(nèi)母線的主保護(hù)，能夠數(shù)毫秒級(jí)切斷故障，有效地保護(hù)變壓器不受損傷，減輕故障設(shè)備的損壞程度。由于電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開(kāi)關(guān)柜事故更多，而原來(lái)電弧光保護(hù)僅能保護(hù)母線橋（包括母線室），通過(guò)擴(kuò)展電弧光保護(hù)的保護(hù)范圍，在電纜頭爆炸后在短時(shí)間內(nèi)將饋線柜斷路器切斷，成為我們?cè)诟脑鞂?shí)踐中完成的重要改進(jìn)。

關(guān)鍵詞:弧光；保護(hù)；快速；實(shí)踐；改進(jìn)

0 前言

      由于中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導(dǎo)體線間距離與大地的距離比較近，容易受小動(dòng)物危害，設(shè)備制造質(zhì)量比高壓設(shè)備差，設(shè)備絕緣老化和機(jī)械磨損，運(yùn)行條件惡劣，人為和操作錯(cuò)誤等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、超高壓母線高得多。

      中低壓母線在發(fā)生短路故障時(shí)產(chǎn)生的電弧光對(duì)設(shè)備及人員造成大傷害，有可能引發(fā)連鎖事故。由于我國(guó)現(xiàn)行的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中35kV及以下電壓等級(jí)的母線由于沒(méi)有穩(wěn)定問(wèn)題，在中低壓母線系統(tǒng)一般不配置的母線保護(hù)，而是依賴上一級(jí)元件（變壓器）的后備過(guò)流保護(hù)來(lái)切除母線短路故障，由于變壓器后備不會(huì)與饋線和母線分段開(kāi)關(guān)的配合，保護(hù)跳閘時(shí)間一般整定1.0~1.4s，有的甚至更長(zhǎng)，達(dá)2.0s以上。這一動(dòng)作速度很顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足快速切除中壓母線故障要求的，導(dǎo)致了故障切除時(shí)間延長(zhǎng)，加大了設(shè)備的損傷程度。

      為了保證變壓器及母線開(kāi)關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行，根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求，迫切需要配置中低壓母線保護(hù)。而電弧光保護(hù)作為母線故障短路是我們進(jìn)行應(yīng)用的有效選擇。

1 保護(hù)原理

      電弧光保護(hù)在110kV華藏寺變電站的應(yīng)用實(shí)踐，當(dāng)時(shí)僅作為10kV母線短路故障起弧的快速保護(hù)，其10kV系統(tǒng)為單母線分段帶旁路接線，保護(hù)原理如下。

      (1)當(dāng)母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，兩段母線單獨(dú)運(yùn)行，甲段母線發(fā)生弧光，同時(shí)電流單元采集到過(guò)流信號(hào)，主控單元出口跳開(kāi)甲段進(jìn)線電源斷路器，同時(shí)閉鎖母聯(lián)開(kāi)關(guān)備自投。乙段和甲段保護(hù)原理相同。

      (2)當(dāng)乙段進(jìn)線電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)合上，兩段母線都由甲進(jìn)線電源開(kāi)關(guān)供電：

      a.當(dāng)甲母線發(fā)生弧光，同時(shí)電流單元采集到甲進(jìn)線電源過(guò)流信號(hào)，主控單元出口跳開(kāi)甲段進(jìn)線電源斷路器；

      b.當(dāng)乙母線發(fā)生弧光，同時(shí)電流單元采集到甲進(jìn)線電源過(guò)流信號(hào)，主控單元出口跳開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷路器。甲乙兩段母線由乙段進(jìn)線電源開(kāi)關(guān)供電，原理同電弧光保護(hù)在110kV華藏寺變電站的應(yīng)用實(shí)踐，當(dāng)時(shí)僅作為10kV母線短路故障起弧的快速保護(hù)，其10kV系統(tǒng)為單母線分段帶旁路接線，保護(hù)原理如下。

      電弧光保護(hù)裝置動(dòng)作邏輯如下：通過(guò)光帶傳感器對(duì)母線室進(jìn)行弧光探測(cè)并傳輸?shù)街骺貑卧楸ＷC不出現(xiàn)誤動(dòng)作造成母線電源失電，在母線室采用雙光帶探測(cè)技術(shù)，雙光帶傳感器“與"門(mén)輸出弧光信號(hào)后和過(guò)電流信號(hào)再“與"門(mén)輸出跳閘信號(hào)，電流信號(hào)取自進(jìn)線電源101或102電流。只有當(dāng)兩個(gè)電弧光信號(hào)和一個(gè)電流信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，輸出跳閘信號(hào)。其他情況下不能誤動(dòng)作。

      110kV華藏變電弧保護(hù)能夠有效地保護(hù)母線室和斷路器室上側(cè)母排短路，其配置原則是一段母線配置一套，進(jìn)行電源開(kāi)關(guān)柜作為該系統(tǒng)的一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。事故狀態(tài)下，直接切斷該段母線的電源。

      但在實(shí)際運(yùn)行中，由于電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開(kāi)關(guān)柜事故很多。因此，如何能在電纜頭爆炸后在短時(shí)間內(nèi)將該臺(tái)開(kāi)關(guān)柜的斷路器切斷成為了弧光綜合保護(hù)裝置應(yīng)該而且必須做到的功能，我們通過(guò)設(shè)計(jì)更改，在110kV裴家營(yíng)變進(jìn)行了有益的探索實(shí)踐。 

 2 應(yīng)用實(shí)踐

電弧光保護(hù)作為10kV饋線柜及電源柜、母線室主保護(hù)，在110kV裴家營(yíng)變的應(yīng)用實(shí)踐：

      在每一臺(tái)饋線開(kāi)關(guān)柜（包括該段母線的電源進(jìn)線柜）上安裝一臺(tái)弧光綜合保護(hù)裝置，將該饋線柜的電纜室和開(kāi)關(guān)室作為獨(dú)立的弧光監(jiān)測(cè)點(diǎn)。每臺(tái)裝置獨(dú)立運(yùn)行和聯(lián)合運(yùn)行相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立跳開(kāi)事故饋線柜的功能。而母線不用停電。弧光保護(hù)的另一個(gè)判據(jù)，電流信號(hào)則取自該臺(tái)饋線柜自帶的電流互感器。跳閘信號(hào)的輸出則直接作用于該臺(tái)饋線柜的控制回路。

      對(duì)跳閘接口T1、對(duì)跳閘接口T2，是弧光＋過(guò)電流跳閘輸出，小于7ms動(dòng)作出口，切斷饋出線電源并閉鎖出線重合閘。第三對(duì)跳閘接口T3、第四對(duì)跳閘接口T4，是過(guò)電流延時(shí)跳閘輸出，延時(shí)600ms，在開(kāi)關(guān)柜側(cè)還沒(méi)有出現(xiàn)弧光的情況下，通過(guò)延時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)，作為饋線柜的二級(jí)過(guò)流保護(hù)。

      弧光綜合保護(hù)裝置同時(shí)具用母線保護(hù)功能的設(shè)計(jì)，通過(guò)光帶傳感器對(duì)母線室進(jìn)行弧光探測(cè)并傳輸?shù)街骺貑卧楸ＷC不出現(xiàn)誤動(dòng)作造成母線電源失電，弧光探測(cè)采用雙光帶傳感器“與"門(mén)輸出弧光信號(hào)后和過(guò)電流信號(hào)再“與"門(mén)輸出跳閘信號(hào)。此時(shí)，跳閘出口1、2小于7ms作用于跳開(kāi)進(jìn)線柜和母聯(lián)開(kāi)關(guān)柜，跳閘出口3、4延時(shí)600ms，在進(jìn)線柜或母線室沒(méi)有出現(xiàn)弧光的情況下，通過(guò)延時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)，作為進(jìn)線電源的二級(jí)過(guò)流保護(hù)。弧光綜合保護(hù)系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，每個(gè)饋線柜和電源進(jìn)線柜配置一臺(tái)即可。采用可編程的邏輯跳閘保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)饋線柜保護(hù)和母線柜保護(hù)的不同需要。實(shí)現(xiàn)獨(dú)立跳開(kāi)事故饋線柜的功能，大大降低了電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開(kāi)關(guān)柜事故對(duì)主變壓器的沖擊損傷和開(kāi)關(guān)柜室的電弧損傷。

3 安科瑞弧光保護(hù)產(chǎn)品選型方案

3.1概述

      中低壓母線發(fā)生短路故障時(shí)，所產(chǎn)生的電弧光對(duì)設(shè)備及人員會(huì)造成很大的傷害。在電力系統(tǒng)中，由于設(shè)備故障、人為地錯(cuò)誤操作或錯(cuò)誤接線、絕緣材料老化和機(jī)械磨損、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境因素、電纜接頭制作不良、過(guò)電壓、其他原因如動(dòng)物鼠害等可能在開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)造成短路故障并產(chǎn)生電弧光。

      電弧光一旦產(chǎn)生，其危害程度取決于電弧光電流及切除時(shí)間，電弧產(chǎn)生的能量與12t成指數(shù)規(guī)律快速上升。只有在短時(shí)間內(nèi)切除故障才能使設(shè)備不遭受損害。若總切除時(shí)間大于100ms，輕則設(shè)備局部燒損，重則造成開(kāi)光柜爆炸以及人員傷亡，有的可能引發(fā)火災(zāi)。

      安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置外觀時(shí)尚、大屏幕液晶顯示，圖形化多語(yǔ)言菜單，操作快捷方便;具有強(qiáng)大的功能集成:集保、測(cè)量、控制、監(jiān)測(cè)、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能于一體,準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)弧光信號(hào)，保護(hù)電流，適用于中低級(jí)電網(wǎng)的弧光故障迅速切除裝置。

3.2應(yīng)用場(chǎng)所

      適用于石油化工、數(shù)據(jù)中心、電網(wǎng)電廠、機(jī)場(chǎng)軌道交通、醫(yī)療公共設(shè)施等行業(yè)。

3.3安科瑞ARB5弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說(shuō)明

ARB5系列弧光保護(hù)裝置由ARB5-M主控單元、ARB5-E擴(kuò)展單元、ARB5-S弧光探頭、等配件構(gòu)成。

ARB5-M弧光主控單元

注：1、*表示可選附件。

2、主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。

3、弧光探頭到采集板的長(zhǎng)度不能超過(guò)20米。

ARB5-E弧光擴(kuò)展單元

擴(kuò)展單元

電源

弧光探頭

注：1、*表示可選附件。

2、主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。

3、弧光探頭到采集板的長(zhǎng)度不能超過(guò)20米。

4、如有特殊要求，請(qǐng)?zhí)貏e注明。

3.4安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

3.5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下：

4 結(jié)束語(yǔ)

      現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，配電網(wǎng)容量的逐漸增大，中低壓母線故障對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響越來(lái)越嚴(yán)重。它不僅使中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備嚴(yán)重?zé)龤В斐伞盎馃B營(yíng)"事故；而且可能損壞昂貴的變壓器，造成十分嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此非常有必要安裝電弧光保護(hù)。此外，電弧光保護(hù)的應(yīng)用不能按照國(guó)外初設(shè)計(jì)模式，僅僅保護(hù)母線橋自身弧光短路，應(yīng)用實(shí)踐中要積改進(jìn)，既作為中低壓母線保護(hù)又成為饋線側(cè)弧光短路的快速保護(hù)神。

參考文獻(xiàn)

[1]王德志,張愛(ài)萍.電弧光保護(hù)在應(yīng)用實(shí)踐中的改進(jìn)[J].2009-37(24).

[2].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

作者介紹：

簡(jiǎn)婷，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹械蛪汗╇娤到y(tǒng)繼電保護(hù)和弧光保護(hù)。