簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：闡述了弧光保護在變電站10kV高壓室的有效應(yīng)用，通過比較兩種應(yīng)用、兩種保護方式，提出電弧光保護應(yīng)用的模式。電弧光保護作為開關(guān)柜內(nèi)母線的主保護，能夠數(shù)毫秒級切斷故障，有效地保護變壓器不受損傷，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關(guān)柜事故更多，而原來電弧光保護僅能保護母線橋（包括母線室），通過擴展電弧光保護的保護范圍，在電纜頭爆炸后在短時間內(nèi)將饋線柜斷路器切斷，成為我們在改造實踐中完成的重要改進。

關(guān)鍵詞:弧光；保護；快速；實踐；改進

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)備絕緣老化和機械磨損，運行條件惡劣，人為和操作錯誤等原因，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)生短路故障時產(chǎn)生的電弧光對設(shè)備及人員造成大傷害，有可能引發(fā)連鎖事故。由于我國現(xiàn)行的繼電保護設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中35kV及以下電壓等級的母線由于沒有穩(wěn)定問題，在中低壓母線系統(tǒng)一般不配置的母線保護，而是依賴上一級元件（變壓器）的后備過流保護來切除母線短路故障，由于變壓器后備不會與饋線和母線分段開關(guān)的配合，保護跳閘時間一般整定1.0~1.4s，有的甚至更長，達2.0s以上。這一動作速度很顯然是遠遠不能滿足快速切除中壓母線故障要求的，導(dǎo)致了故障切除時間延長，加大了設(shè)備的損傷程度。

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

1 保護原理

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

      (1)當(dāng)母聯(lián)開關(guān)斷開，兩段母線單獨運行，甲段母線發(fā)生弧光，同時電流單元采集到過流信號，主控單元出口跳開甲段進線電源斷路器，同時閉鎖母聯(lián)開關(guān)備自投。乙段和甲段保護原理相同。

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

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

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

      電弧光保護裝置動作邏輯如下：通過光帶傳感器對母線室進行弧光探測并傳輸?shù)街骺貑卧?。為保證不出現(xiàn)誤動作造成母線電源失電，在母線室采用雙光帶探測技術(shù)，雙光帶傳感器“與"門輸出弧光信號后和過電流信號再“與"門輸出跳閘信號，電流信號取自進線電源101或102電流。只有當(dāng)兩個電弧光信號和一個電流信號同時出現(xiàn)時，輸出跳閘信號。其他情況下不能誤動作。

      110kV華藏變電弧保護能夠有效地保護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，進行電源開關(guān)柜作為該系統(tǒng)的一個監(jiān)測點。事故狀態(tài)下，直接切斷該段母線的電源。

      但在實際運行中，由于電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開關(guān)柜事故很多。因此，如何能在電纜頭爆炸后在短時間內(nèi)將該臺開關(guān)柜的斷路器切斷成為了弧光綜合保護裝置應(yīng)該而且必須做到的功能，我們通過設(shè)計更改，在110kV裴家營變進行了有益的探索實踐。 

 2 應(yīng)用實踐

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

      在每一臺饋線開關(guān)柜（包括該段母線的電源進線柜）上安裝一臺弧光綜合保護裝置，將該饋線柜的電纜室和開關(guān)室作為獨立的弧光監(jiān)測點。每臺裝置獨立運行和聯(lián)合運行相結(jié)合，實現(xiàn)獨立跳開事故饋線柜的功能。而母線不用停電?；」獗Ｗo的另一個判據(jù)，電流信號則取自該臺饋線柜自帶的電流互感器。跳閘信號的輸出則直接作用于該臺饋線柜的控制回路。

      對跳閘接口T1、對跳閘接口T2，是弧光＋過電流跳閘輸出，小于7ms動作出口，切斷饋出線電源并閉鎖出線重合閘。第三對跳閘接口T3、第四對跳閘接口T4，是過電流延時跳閘輸出，延時600ms，在開關(guān)柜側(cè)還沒有出現(xiàn)弧光的情況下，通過延時發(fā)出跳閘信號，作為饋線柜的二級過流保護。

      弧光綜合保護裝置同時具用母線保護功能的設(shè)計，通過光帶傳感器對母線室進行弧光探測并傳輸?shù)街骺貑卧楸ＷC不出現(xiàn)誤動作造成母線電源失電，弧光探測采用雙光帶傳感器“與"門輸出弧光信號后和過電流信號再“與"門輸出跳閘信號。此時，跳閘出口1、2小于7ms作用于跳開進線柜和母聯(lián)開關(guān)柜，跳閘出口3、4延時600ms，在進線柜或母線室沒有出現(xiàn)弧光的情況下，通過延時發(fā)出跳閘信號，作為進線電源的二級過流保護。弧光綜合保護系統(tǒng)配置簡單，每個饋線柜和電源進線柜配置一臺即可。采用可編程的邏輯跳閘保護功能，實現(xiàn)饋線柜保護和母線柜保護的不同需要。實現(xiàn)獨立跳開事故饋線柜的功能，大大降低了電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開關(guān)柜事故對主變壓器的沖擊損傷和開關(guān)柜室的電弧損傷。

3 安科瑞弧光保護產(chǎn)品選型方案

3.1概述

      中低壓母線發(fā)生短路故障時，所產(chǎn)生的電弧光對設(shè)備及人員會造成很大的傷害。在電力系統(tǒng)中，由于設(shè)備故障、人為地錯誤操作或錯誤接線、絕緣材料老化和機械磨損、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境因素、電纜接頭制作不良、過電壓、其他原因如動物鼠害等可能在開關(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。只有在短時間內(nèi)切除故障才能使設(shè)備不遭受損害。若總切除時間大于100ms，輕則設(shè)備局部燒損，重則造成開光柜爆炸以及人員傷亡，有的可能引發(fā)火災(zāi)。

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

3.2應(yīng)用場所

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

3.3安科瑞ARB5弧光保護產(chǎn)品選型說明

ARB5系列弧光保護裝置由ARB5-M主控單元、ARB5-E擴展單元、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度不能超過20米。

ARB5-E弧光擴展單元

擴展單元

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度不能超過20米。

4、如有特殊要求，請?zhí)貏e注明。

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

3.5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下：

4 結(jié)束語

      現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，配電網(wǎng)容量的逐漸增大，中低壓母線故障對電力系統(tǒng)安全運行的影響越來越嚴重。它不僅使中壓開關(guān)設(shè)備嚴重?zé)龤?，造成“火燒連營"事故；而且可能損壞昂貴的變壓器，造成十分嚴重的經(jīng)濟損失，因此非常有必要安裝電弧光保護。此外，電弧光保護的應(yīng)用不能按照國外初設(shè)計模式，僅僅保護母線橋自身弧光短路，應(yīng)用實踐中要積改進，既作為中低壓母線保護又成為饋線側(cè)弧光短路的快速保護神。

參考文獻

[1]王德志,張愛萍.電弧光保護在應(yīng)用實踐中的改進[J].2009-37(24).

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

作者介紹：

簡婷，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為中低壓供電系統(tǒng)繼電保護和弧光保護。