淺析電弧光保護在10kV變電站高壓室的應用方案

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定201801

摘要：闡述了弧光保護在變電站10kV高壓室的有效應用，通過比較兩(liang) 種應用、兩(liang) 種保護方式，提出電弧光保護應用的模式。電弧光保護作為(wei) 開關(guan) 櫃內(nei) 母線的主保護，能夠數毫秒級切斷故障，有效地保護變壓器不受損傷(shang) ，減輕故障設備的損壞程度。由於(yu) 電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開關(guan) 櫃事故更多，而原來電弧光保護僅(jin) 能保護母線橋（包括母線室），通過擴展電弧光保護的保護範圍，在電纜頭爆炸後在短時間內(nei) 將饋線櫃斷路器切斷，成為(wei) 我們(men) 在改造實踐中完成的重要改進。

關(guan) 鍵詞:弧光；保護；快速；實踐；改進

0 前言

      由於(yu) 中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導體(ti) 線間距離與(yu) 大地的距離比較近，容易受小動物危害，設備製造質量比高壓設備差，設備絕緣老化和機械磨損，運行條件惡劣，人為(wei) 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。

      中低壓母線在發生短路故障時產(chan) 生的電弧光對設備及人員造成大傷(shang) 害，有可能引發連鎖事故。由於(yu) 我國現行的繼電保護設計標準中35kV及以下電壓等級的母線由於(yu) 沒有穩定問題，在中低壓母線係統一般不配置的母線保護，而是依賴上一級元件（變壓器）的後備過流保護來切除母線短路故障，由於(yu) 變壓器後備不會(hui) 與(yu) 饋線和母線分段開關(guan) 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，導致了故障切除時間延長，加大了設備的損傷(shang) 程度。

      為(wei) 了保證變壓器及母線開關(guan) 設備的安全運行，根據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(wei) 母線故障短路是我們(men) 進行應用的有效選擇。

1 保護原理

      電弧光保護在110kV華藏寺變電站的應用實踐，當時僅(jin) 作為(wei) 10kV母線短路故障起弧的快速保護，其10kV係統為(wei) 單母線分段帶旁路接線，保護原理如下。

      (1)當母聯開關(guan) 斷開，兩(liang) 段母線單獨運行，甲段母線發生弧光，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，同時閉鎖母聯開關(guan) 備自投。乙段和甲段保護原理相同。

      (2)當乙段進線電源開關(guan) 斷開，母聯開關(guan) 合上，兩(liang) 段母線都由甲進線電源開關(guan) 供電：

      a.當甲母線發生弧光，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.當乙母線發生弧光，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開關(guan) 斷路器。甲乙兩(liang) 段母線由乙段進線電源開關(guan) 供電，原理同電弧光保護在110kV華藏寺變電站的應用實踐，當時僅(jin) 作為(wei) 10kV母線短路故障起弧的快速保護，其10kV係統為(wei) 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(chuan) 感器對母線室進行弧光探測並傳(chuan) 輸到主控單元。為(wei) 保證不出現誤動作造成母線電源失電，在母線室采用雙光帶探測技術，雙光帶傳(chuan) 感器“與(yu) "門輸出弧光信號後和過電流信號再“與(yu) "門輸出跳閘信號，電流信號取自進線電源101或102電流。隻有當兩(liang) 個(ge) 電弧光信號和一個(ge) 電流信號同時出現時，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(ce) 母排短路，其配置原則是一段母線配置一套，進行電源開關(guan) 櫃作為(wei) 該係統的一個(ge) 監測點。事故狀態下，直接切斷該段母線的電源。

      但在實際運行中，由於(yu) 電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開關(guan) 櫃事故很多。因此，如何能在電纜頭爆炸後在短時間內(nei) 將該台開關(guan) 櫃的斷路器切斷成為(wei) 了弧光綜合保護裝置應該而且必須做到的功能，我們(men) 通過設計更改，在110kV裴家營變進行了有益的探索實踐。 

 2 應用實踐

電弧光保護作為(wei) 10kV饋線櫃及電源櫃、母線室主保護，在110kV裴家營變的應用實踐：

      在每一台饋線開關(guan) 櫃（包括該段母線的電源進線櫃）上安裝一台弧光綜合保護裝置，將該饋線櫃的電纜室和開關(guan) 室作為(wei) 獨立的弧光監測點。每台裝置獨立運行和聯合運行相結合，實現獨立跳開事故饋線櫃的功能。而母線不用停電。弧光保護的另一個(ge) 判據，電流信號則取自該台饋線櫃自帶的電流互感器。跳閘信號的輸出則直接作用於(yu) 該台饋線櫃的控製回路。

      對跳閘接口T1、對跳閘接口T2，是弧光＋過電流跳閘輸出，小於(yu) 7ms動作出口，切斷饋出線電源並閉鎖出線重合閘。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(guan) 櫃側(ce) 還沒有出現弧光的情況下，通過延時發出跳閘信號，作為(wei) 饋線櫃的二級過流保護。

      弧光綜合保護裝置同時具用母線保護功能的設計，通過光帶傳(chuan) 感器對母線室進行弧光探測並傳(chuan) 輸到主控單元。為(wei) 保證不出現誤動作造成母線電源失電，弧光探測采用雙光帶傳(chuan) 感器“與(yu) "門輸出弧光信號後和過電流信號再“與(yu) "門輸出跳閘信號。此時，跳閘出口1、2小於(yu) 7ms作用於(yu) 跳開進線櫃和母聯開關(guan) 櫃，跳閘出口3、4延時600ms，在進線櫃或母線室沒有出現弧光的情況下，通過延時發出跳閘信號，作為(wei) 進線電源的二級過流保護。弧光綜合保護係統配置簡單，每個(ge) 饋線櫃和電源進線櫃配置一台即可。采用可編程的邏輯跳閘保護功能，實現饋線櫃保護和母線櫃保護的不同需要。實現獨立跳開事故饋線櫃的功能，大大降低了電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開關(guan) 櫃事故對主變壓器的衝(chong) 擊損傷(shang) 和開關(guan) 櫃室的電弧損傷(shang) 。

3 安科瑞弧光保護產(chan) 品選型方案

3.1概述

      中低壓母線發生短路故障時，所產(chan) 生的電弧光對設備及人員會(hui) 造成很大的傷(shang) 害。在電力係統中，由於(yu) 設備故障、人為(wei) 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、腐蝕等環境因素、電纜接頭製作不良、過電壓、其他原因如動物鼠害等可能在開關(guan) 設備內(nei) 造成短路故障並產(chan) 生電弧光。

      電弧光一旦產(chan) 生，其危害程度取決(jue) 於(yu) 電弧光電流及切除時間，電弧產(chan) 生的能量與(yu) 12t成指數規律快速上升。隻有在短時間內(nei) 切除故障才能使設備不遭受損害。若總切除時間大於(yu) 100ms，輕則設備局部燒損，重則造成開光櫃爆炸以及人員傷(shang) 亡，有的可能引發火災。

      安科瑞ARB5係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、控製、監測、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能於(yu) 一體(ti) ,準確實時監測弧光信號，保護電流，適用於(yu) 中低級電網的弧光故障迅速切除裝置。

3.2應用場所

      適用於(yu) 石油化工、數據中心、電網電廠、機場軌道交通、醫療公共設施等行業(ye) 。

3.3安科瑞ARB5弧光保護產(chan) 品選型說明

ARB5係列弧光保護裝置由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、主控板和采集板數量之和不能大於(yu) 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、主控板和采集板數量之和不能大於(yu) 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，請特別注明。

3.4安科瑞ARB5-M弧光保護產(chan) 品功能和技術參數

3.5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chan) 品現場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下：

4 結束語

      現代電力係統的發展，配電網容量的逐漸增大，中低壓母線故障對電力係統安全運行的影響越來越嚴(yan) 重。它不僅(jin) 使中壓開關(guan) 設備嚴(yan) 重燒毀，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(yan) 重的經濟損失，因此非常有必要安裝電弧光保護。此外，電弧光保護的應用不能按照國外初設計模式，僅(jin) 僅(jin) 保護母線橋自身弧光短路，應用實踐中要積改進，既作為(wei) 中低壓母線保護又成為(wei) 饋線側(ce) 弧光短路的快速保護神。

參考文獻

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

[2].安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.05版.

作者介紹：

簡婷，女，現任職於(yu) 韦德1946网址，主要研究方向為(wei) 中低壓供電係統繼電保護和弧光保護。