淺析電弧光保護(hù)在中低壓母線系統(tǒng)中的應(yīng)用方案

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來(lái)，中低壓開(kāi)關(guān)柜在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，中低壓開(kāi)關(guān)柜體積小、可標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。從而占據(jù)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(shè)備間距偏小，柜體內(nèi)的弧光短路故障時(shí)有發(fā)生，造成開(kāi)關(guān)設(shè)備被嚴(yán)重?zé)龤У氖鹿蕦覍野l(fā)生。本文分析了弧光短路的特性，現(xiàn)有保護(hù)方案存在的問(wèn)題，介紹了一種新型中低壓母線電弧光保護(hù)系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)了配置該型系統(tǒng)的必要性。

關(guān)鍵詞：中低壓母線；電弧光保護(hù)系統(tǒng)；應(yīng)用；

1概述

在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級(jí)的母線一般不考慮穩(wěn)定問(wèn)題，因此一般未裝設(shè)單獨(dú)的母線保護(hù)。南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)物危害等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、壓母線高得多。由于人們對(duì)中低壓母線保護(hù)不夠重視，多采用帶有較大延時(shí)的后備保護(hù)來(lái)切除母線上的故障，往往造成事故的發(fā)展和擴(kuò)大，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。究其原因大多是因?yàn)闆](méi)有裝設(shè)單獨(dú)設(shè)置的中低壓母線保護(hù)，未能快速切除故障造成的。在設(shè)備的使用過(guò)程中母線上的操作比較頻繁，設(shè)備絕緣老化、機(jī)械磨損是必然現(xiàn)象，運(yùn)行條件發(fā)生改變以及人為操作錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致母線故障率升高，對(duì)變電站的運(yùn)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(nèi)部的弧光短路故障，究其原因可歸納為兩類，一類是設(shè)備原因，另一類是人為原因。將這些原因做具體分析，得到以下5種情況：

(1)設(shè)備絕緣故障。目前開(kāi)關(guān)柜內(nèi)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(qiáng)度不足，長(zhǎng)期運(yùn)行容易造成絕緣擊穿放電事故。

(2)載流回路接觸不良。這類因素一般是一次設(shè)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(jié)束后誤將扳手物品在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)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(tǒng)的原因。主要有系統(tǒng)容量逐年遞增、系統(tǒng)接地方式變化、電力電纜的廣泛應(yīng)用、系統(tǒng)的諧振、繼保設(shè)備和安全自動(dòng)裝置選型、配置不當(dāng)?shù)纫蛩亍?/p>

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(yùn)行維護(hù)人員暫時(shí)性失明，巨大的聲響效應(yīng)還可能引起人的休克，這些對(duì)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，而隨著燃燒時(shí)間的延長(zhǎng)，將陸續(xù)造成開(kāi)關(guān)柜內(nèi)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(yùn)行人員在開(kāi)關(guān)柜周圍工作，特別是開(kāi)關(guān)柜門因?yàn)楣ぷ餍枰呀?jīng)打開(kāi)的情況下，則故障電弧產(chǎn)生的巨大將會(huì)對(duì)工作人員造成巨大的傷害。

3現(xiàn)有中低壓母線保護(hù)方案存在的問(wèn)題

3.1主變中低壓側(cè)后備保護(hù)方案

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

3.2出線的過(guò)流保護(hù)方案

此方案利用出線線路保護(hù)中的過(guò)流保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作后，跳開(kāi)出線開(kāi)關(guān)的同時(shí)閉鎖主變相應(yīng)側(cè)的過(guò)流保護(hù)。這種方案保護(hù)動(dòng)作時(shí)限一般整定為300～1400ms，在這段時(shí)間內(nèi)，造成事故發(fā)展擴(kuò)大的概率依然較高，所以，此方案仍然不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的需要。

3.3高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)方案

此方案專門裝設(shè)一套中低壓母線電流差動(dòng)保護(hù)，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間經(jīng)驗(yàn)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(zhǎng)。同時(shí)，此方案對(duì)CT的要求相對(duì)較高，保護(hù)范圍受cT安裝位置影響，舊站改造該型保護(hù)工程量較大。

4新型電弧光保護(hù)系統(tǒng)

4.1電弧光保護(hù)的原理

電弧光保護(hù)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(cè)CT中二次電流的增量，兩者構(gòu)成“與"門，從而發(fā)出跳閘命令。如果偶爾光線信號(hào)超過(guò)光線設(shè)定值或者電流信號(hào)超過(guò)電流設(shè)定值，系統(tǒng)不會(huì)輸出跳閘信號(hào)，也不會(huì)記憶在跳閘回路中，但可在主控單元上顯示報(bào)警信號(hào)，有利于運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常狀態(tài)。

4.2電弧光保護(hù)的系統(tǒng)組成

(1)主控單元。主控單元猶如人的大腦，負(fù)責(zé)控制、管理整個(gè)系統(tǒng)。它通過(guò)接收電流單元傳來(lái)的過(guò)流信號(hào)和弧光傳感器或弧光單元傳來(lái)的弧光信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行分析、判斷，在滿足過(guò)流信號(hào)與弧光信號(hào)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(cè)過(guò)電流信號(hào)，可分A，B，c三相分別檢測(cè)。其檢測(cè)到的信號(hào)通過(guò)光纖和數(shù)據(jù)線傳輸?shù)街骺貑卧骺貑卧罁?jù)設(shè)定的邏輯，判斷是否發(fā)出跳閘指令。

(3)弧光單元。弧光單元配置若干個(gè)弧光檢測(cè)接口，這些接121均為光纖接15，用于

連接弧光傳感器。弧光單元檢測(cè)到弧光信號(hào)后，通過(guò)光纖盒數(shù)據(jù)線傳輸?shù)街骺貑卧骺貑卧罁?jù)設(shè)定的邏輯，判斷是否發(fā)出跳閘指令。

(4)弧光傳感器。母線保護(hù)的無(wú)源弧光傳感器是探測(cè)弧光的光感應(yīng)原件。當(dāng)發(fā)生電弧光故障時(shí)，光的強(qiáng)度大幅度增加，弧光傳感器就會(huì)把光信號(hào)傳送給主控單元或者弧光單元。

4.3電弧光保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)

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

(1)保護(hù)原理簡(jiǎn)單。通過(guò)感受故障點(diǎn)電弧光和采集電源進(jìn)線電流構(gòu)成“與"門，系統(tǒng)的組成也相對(duì)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(nèi)發(fā)出跳閘命令，確保設(shè)備外觀不受損壞。

(3)故障點(diǎn)定位功能。根據(jù)弧光傳感器的實(shí)際安裝位置可以實(shí)現(xiàn)分區(qū)保護(hù)的功能。

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

(5)配置靈活、適應(yīng)性強(qiáng)。系統(tǒng)使用處理器技術(shù)，通過(guò)對(duì)弧光和過(guò)電流動(dòng)作信號(hào)的靈活編程，可對(duì)各段母線提供選擇性保護(hù)，適用于不同類型的接線和運(yùn)行方式。

5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)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(fèi)用1500元。

（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。

6安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

7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。

8結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)也在不斷發(fā)展壯大，各地配網(wǎng)容量逐年遞增，中低壓母線故障對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重的影響。如何解決中低壓母線系統(tǒng)的保護(hù)問(wèn)題已成為各電廠、電力公司當(dāng)前的一項(xiàng)重要工作。新型電弧光保護(hù)具有原理簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、配置靈活等特點(diǎn)，為解決中低壓母線系統(tǒng)的保護(hù)問(wèn)題提供了理想的方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]于興羽,方宇,劉學(xué)敏,王華鋒．淺談新型電弧光保護(hù)中低壓母線系統(tǒng)中的應(yīng)用

[2]田廣青.電弧光保護(hù)及其在中低壓開(kāi)關(guān)柜和母線保護(hù)中的應(yīng)用[J]電工技術(shù)雜志，20O4

(O1)．

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5（版）.

作者簡(jiǎn)介：

李明君，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護(hù)及絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)