淺析電弧光保護在中低壓母線系統(tǒng)中的應(yīng)用方案

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來，中低壓開關(guān)柜在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，中低壓開關(guān)柜體積小、可標(biāo)準化生產(chǎn)。從而占據(jù)了電力市場的重要份額。而中低壓開關(guān)柜體積較小、設(shè)備間距偏小，柜體內(nèi)的弧光短路故障時有發(fā)生，造成開關(guān)設(shè)備被嚴重?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)有保護方案存在的問題，介紹了一種新型中低壓母線電弧光保護系統(tǒng)，強調(diào)了配置該型系統(tǒng)的必要性。

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

1概述

在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級的母線一般不考慮穩(wěn)定問題，因此一般未裝設(shè)單獨的母線保護。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。由于人們對中低壓母線保護不夠重視，多采用帶有較大延時的后備保護來切除母線上的故障，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有裝設(shè)單獨設(shè)置的中低壓母線保護，未能快速切除故障造成的。在設(shè)備的使用過程中母線上的操作比較頻繁，設(shè)備絕緣老化、機械磨損是必然現(xiàn)象，運行條件發(fā)生改變以及人為操作錯誤，會導(dǎo)致母線故障率升高，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。目前開關(guān)柜內(nèi)部空間越來越小，造成開關(guān)柜中部分絕緣材料爬距不夠，絕緣強度不足，長期運行容易造成絕緣擊穿放電事故。

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

(3)外來物體的影響。一般是老鼠等小動物的進入或工作人員工作結(jié)束后誤將扳手物品在開關(guān)柜內(nèi)部。

(4)人為誤操作。由于操作人員操作目的不清楚，操作時精神不集中，會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)生弧光故障時產(chǎn)生的明亮弧光，不但可能引起運行維護人員暫時性失明，巨大的聲響效應(yīng)還可能引起人的休克，這些對人體的傷害都是巨大的。一旦燃弧時間超過了lOOms，其所釋放的便會迅速，而隨著燃燒時間的延長，將陸續(xù)造成開關(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，恰好有檢修、運行人員在開關(guān)柜周圍工作，特別是開關(guān)柜門因為工作需要已經(jīng)打開的情況下，則故障電弧產(chǎn)生的巨大將會對工作人員造成巨大的傷害。

3現(xiàn)有中低壓母線保護方案存在的問題

3.1主變中低壓側(cè)后備保護方案

此方案需考慮母線上的出線與母分開關(guān)的配合問題，因此其動作時限一般較長，通常時間定值取1．0～1．4秒。很明顯，如此長動作時限的保護來隔離故障是無法滿足快速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出線的過流保護方案

此方案利用出線線路保護中的過流保護來實現(xiàn)。當(dāng)過流保護動作后，跳開出線開關(guān)的同時閉鎖主變相應(yīng)側(cè)的過流保護。這種方案保護動作時限一般整定為300～1400ms，在這段時間內(nèi)，造成事故發(fā)展擴大的概率依然較高，所以，此方案仍然不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的需要。

3.3高阻抗母線差動保護方案

此方案專門裝設(shè)一套中低壓母線電流差動保護，保護的動作時間經(jīng)驗值一般35,-60ms，如果要加上斷路器固有的分閘時間，從故障開始到故障切除之間的時間則顯得偏長。同時，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(tǒng)

4.1電弧光保護的原理

電弧光保護的原理簡單，其通過安裝于開關(guān)柜或電纜溝等地的光感探頭感受到光的增量變化，同時檢測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。如果偶爾光線信號超過光線設(shè)定值或者電流信號超過電流設(shè)定值，系統(tǒng)不會輸出跳閘信號，也不會記憶在跳閘回路中，但可在主控單元上顯示報警信號，有利于運行人員及時發(fā)現(xiàn)不正常狀態(tài)。

4.2電弧光保護的系統(tǒng)組成

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

(2)電流單元。電流單元用于檢測過電流信號，可分A，B，c三相分別檢測。其檢測到的信號通過光纖和數(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。弧光單元檢測到弧光信號后，通過光纖盒數(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。母線保護的無源弧光傳感器是探測弧光的光感應(yīng)原件。當(dāng)發(fā)生電弧光故障時，光的強度大幅度增加，弧光傳感器就會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

電弧光保護已逐步發(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。其具有以下優(yōu)點：

(1)保護原理簡單。通過感受故障點電弧光和采集電源進線電流構(gòu)成“與"門，系統(tǒng)的組成也相對簡單。

(2)動作迅速可靠。通過采用快速動作的繼電器，能夠保證發(fā)生故障時在短的時間內(nèi)發(fā)出跳閘命令，確保設(shè)備外觀不受損壞。

(3)故障點定位功能。根據(jù)弧光傳感器的實際安裝位置可以實現(xiàn)分區(qū)保護的功能。

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

(5)配置靈活、適應(yīng)性強。系統(tǒng)使用處理器技術(shù)，通過對弧光和過電流動作信號的靈活編程，可對各段母線提供選擇性保護，適用于不同類型的接線和運行方式。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明

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(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。

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

7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。

8結(jié)束語

隨著國民經(jīng)濟的快速發(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，中低壓母線故障對系統(tǒng)安全運行造成了嚴重的影響。如何解決中低壓母線系統(tǒng)的保護問題已成為各電廠、電力公司當(dāng)前的一項重要工作。新型電弧光保護具有原理簡單、動作迅速、配置靈活等特點，為解決中低壓母線系統(tǒng)的保護問題提供了理想的方案。

參考文獻：

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

[2]田廣青.電弧光保護及其在中低壓開關(guān)柜和母線保護中的應(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)計與應(yīng)用手冊2022.5（版）.

作者簡介：

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護及絕緣監(jiān)測系統(tǒng)。