淺析電弧光保護在中低壓母線(xiàn)系統中的應用方案

摘要：近年來(lái)，中低壓開(kāi)關(guān)柜在電力系統中得到了廣泛應用，中低壓開(kāi)關(guān)柜體積小、可標準化生產(chǎn)。從而占據了電力市場(chǎng)的重要份額。而中低壓開(kāi)關(guān)柜體積較小、設備間距偏小，柜體內的弧光短路故障時(shí)有發(fā)生，造成開(kāi)關(guān)設備被嚴重燒毀的事故屢屢發(fā)生。本文分析了弧光短路的特性，現有保護方案存在的問(wèn)題，介紹了一種新型中低壓母線(xiàn)電弧光保護系統，強調了配置該型系統的必要性。

關(guān)鍵詞：中低壓母線(xiàn)；電弧光保護系統；應用；

1概述

在電力系統中，35kV及以下電壓等級的母線(xiàn)一般不考慮穩定問(wèn)題，因此一般未裝設單獨的母線(xiàn)保護。南于中低壓母線(xiàn)上的出線(xiàn)多，操作頻繁，三相導體線(xiàn)間距離與大地的距離比較近，容易受小動(dòng)物危害等原因，中低壓母線(xiàn)的故障幾率比高壓、壓母線(xiàn)高得多。由于人們對中低壓母線(xiàn)保護不夠重視，多采用帶有較大延時(shí)的后備保護來(lái)切除母線(xiàn)上的故障，往往造成事故的發(fā)展和擴大，造成了巨大的經(jīng)濟損失。究其原因大多是因為沒(méi)有裝設單獨設置的中低壓母線(xiàn)保護，未能快速切除故障造成的。在設備的使用過(guò)程中母線(xiàn)上的操作比較頻繁，設備絕緣老化、機械磨損是必然現象，運行條件發(fā)生改變以及人為操作錯誤，會(huì )導致母線(xiàn)故障率升高，對變電站的運行存在安全隱患。

2電弧光短路特性分析

2.1故障電弧產(chǎn)生的原因

發(fā)生在開(kāi)關(guān)柜內部的弧光短路故障，究其原因可歸納為兩類(lèi)，一類(lèi)是設備原因，另一類(lèi)是人為原因。將這些原因做具體分析，得到以下5種情況：

(1)設備絕緣故障。目前開(kāi)關(guān)柜內部空間越來(lái)越小，造成開(kāi)關(guān)柜中部分絕緣材料爬距不夠，絕緣強度不足，長(cháng)期運行容易造成絕緣擊穿放電事故。

(2)載流回路接觸不良。這類(lèi)因素一般是一次設備的連接部分不牢靠引起的。

(3)外來(lái)物體的影響。一般是老鼠等小動(dòng)物的進(jìn)入或工作人員工作結束后誤將扳手物品在開(kāi)關(guān)柜內部。

(4)人為誤操作。由于操作人員操作目的不清楚，操作時(shí)精神不集中，會(huì )造成誤人其他帶電間隔、誤操作等。

(5)系統的原因。主要有系統容量逐年遞增、系統接地方式變化、電力電纜的廣泛應用、系統的諧振、繼保設備和安全自動(dòng)裝置選型、配置不當等因素。

2.2故障電弧的危害

發(fā)生弧光故障時(shí)產(chǎn)生的明亮弧光，不但可能引起運行維護人員暫時(shí)性失明，巨大的聲響效應還可能引起人的休克，這些對人體的傷害都是巨大的。一旦燃弧時(shí)間超過(guò)了lOOms，其所釋放的便會(huì )迅速，而隨著(zhù)燃燒時(shí)間的延長(cháng)，將陸續造成開(kāi)關(guān)柜內的各種電纜、連接銅排和鋼板等材料的燃燒、熔化。如果故障發(fā)生時(shí)，恰好有檢修、運行人員在開(kāi)關(guān)柜周?chē)ぷ?，特別是開(kāi)關(guān)柜門(mén)因為工作需要已經(jīng)打開(kāi)的情況下，則故障電弧產(chǎn)生的巨大將會(huì )對工作人員造成巨大的傷害。

3現有中低壓母線(xiàn)保護方案存在的問(wèn)題

3.1主變中低壓側后備保護方案

此方案需考慮母線(xiàn)上的出線(xiàn)與母分開(kāi)關(guān)的配合問(wèn)題，因此其動(dòng)作時(shí)限一般較長(cháng)，通常時(shí)間定值取1．0～1．4秒。很明顯，如此長(cháng)動(dòng)作時(shí)限的保護來(lái)隔離故障是無(wú)法滿(mǎn)足快速f生這一繼電保護的基本要求的，很有可能造成事故的發(fā)展擴大，造成更大的損失。

3.2出線(xiàn)的過(guò)流保護方案

此方案利用出線(xiàn)線(xiàn)路保護中的過(guò)流保護來(lái)實(shí)現。當過(guò)流保護動(dòng)作后，跳開(kāi)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)的同時(shí)閉鎖主變相應側的過(guò)流保護。這種方案保護動(dòng)作時(shí)限一般整定為300～1400ms，在這段時(shí)間內，造成事故發(fā)展擴大的概率依然較高，所以，此方案仍然不能滿(mǎn)足系統穩定的需要。

3.3高阻抗母線(xiàn)差動(dòng)保護方案

此方案專(zhuān)門(mén)裝設一套中低壓母線(xiàn)電流差動(dòng)保護，保護的動(dòng)作時(shí)間經(jīng)驗值一般35,-60ms，如果要加上斷路器固有的分閘時(shí)間，從故障開(kāi)始到故障切除之間的時(shí)間則顯得偏長(cháng)。同時(shí)，此方案對CT的要求相對較高，保護范圍受cT安裝位置影響，舊站改造該型保護工程量較大。

4新型電弧光保護系統

4.1電弧光保護的原理

電弧光保護的原理簡(jiǎn)單，其通過(guò)安裝于開(kāi)關(guān)柜或電纜溝等地的光感探頭感受到光的增量變化，同時(shí)檢測CT中二次電流的增量，兩者構成“與"門(mén)，從而發(fā)出跳閘命令。如果偶爾光線(xiàn)信號超過(guò)光線(xiàn)設定值或者電流信號超過(guò)電流設定值，系統不會(huì )輸出跳閘信號，也不會(huì )記憶在跳閘回路中，但可在主控單元上顯示報警信號，有利于運行人員及時(shí)發(fā)現不正常狀態(tài)。

4.2電弧光保護的系統組成

(1)主控單元。主控單元猶如人的大腦，負責控制、管理整個(gè)系統。它通過(guò)接收電流單元傳來(lái)的過(guò)流信號和弧光傳感器或弧光單元傳來(lái)的弧光信號，并對其進(jìn)行分析、判斷，在滿(mǎn)足過(guò)流信號與弧光信號的“與"邏輯時(shí)，發(fā)出跳閘指令以故障。

(2)電流單元。電流單元用于檢測過(guò)電流信號，可分A，B，c三相分別檢測。其檢測到的信號通過(guò)光纖和數據線(xiàn)傳輸到主控單元，主控單元依據設定的邏輯，判斷是否發(fā)出跳閘指令。

(3)弧光單元?；」鈫卧渲萌舾蓚€(gè)弧光檢測接口，這些接121均為光纖接15，用于

連接弧光傳感器?；」鈫卧獧z測到弧光信號后，通過(guò)光纖盒數據線(xiàn)傳輸到主控單元，主控單元依據設定的邏輯，判斷是否發(fā)出跳閘指令。

(4)弧光傳感器。母線(xiàn)保護的無(wú)源弧光傳感器是探測弧光的光感應原件。當發(fā)生電弧光故障時(shí)，光的強度大幅度增加，弧光傳感器就會(huì )把光信號傳送給主控單元或者弧光單元。

4.3電弧光保護的優(yōu)點(diǎn)

電弧光保護已逐步發(fā)展為現階段中低壓母線(xiàn)系統中較為理想的母線(xiàn)保護。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)保護原理簡(jiǎn)單。通過(guò)感受故障點(diǎn)電弧光和采集電源進(jìn)線(xiàn)電流構成“與"門(mén)，系統的組成也相對簡(jiǎn)單。

(2)動(dòng)作迅速可靠。通過(guò)采用快速動(dòng)作的繼電器，能夠保證發(fā)生故障時(shí)在短的時(shí)間內發(fā)出跳閘命令，確保設備外觀(guān)不受損壞。

(3)故障點(diǎn)定位功能。根據弧光傳感器的實(shí)際安裝位置可以實(shí)現分區保護的功能。

(4)具有較強的抗干擾能力。電弧光保護系統采用無(wú)源弧光傳感器探測弧光，各組成部分采用光纖連接，確保了整個(gè)弧光保護系統的可靠性及高強的抗干擾能力。

(5)配置靈活、適應性強。系統使用處理器技術(shù)，通過(guò)對弧光和過(guò)電流動(dòng)作信號的靈活編程，可對各段母線(xiàn)提供選擇性保護，適用于不同類(lèi)型的接線(xiàn)和運行方式。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說(shuō)明

ARB5-弧光主控單元

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長(cháng)度不能超過(guò)20米。

（4）如有特殊要求，請特別注明。

6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數

7安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現場(chǎng)安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

8結束語(yǔ)

隨著(zhù)國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力系統也在不斷發(fā)展壯大，各地配網(wǎng)容量逐年遞增，中低壓母線(xiàn)故障對系統安全運行造成了嚴重的影響。如何解決中低壓母線(xiàn)系統的保護問(wèn)題已成為各電廠(chǎng)、電力公司當前的一項重要工作。新型電弧光保護具有原理簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、配置靈活等特點(diǎn)，為解決中低壓母線(xiàn)系統的保護問(wèn)題提供了理想的方案。

參考文獻：

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5（版）.