淺析電弧光保護在變電站中的應用

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定 201801

摘要：電弧光保護在變電站運行過程中具有十分重要的意義(yi) ，文章對電力係統中的中、低壓設備的運行問題進行分析，並且提出了電弧光保護方式，迅速切除變電站運行過程中的故障點，保障變電站的安全穩定運行。

關(guan) 鍵詞：電弧光保護；變電站；安全穩定運行；燃弧耐受時間

0引言

在變電站運行過程中，安全性和穩定性是重要因素，近年來在變電站的建設中，由於(yu) 戶內(nei) 開關(guan) 櫃占地麵積小，操作集中，方便運行和維護等特點，在變電站中大量配置中低壓開關(guan) 櫃運行過程中由於(yu) 各種原因造成開關(guan) 設備被嚴(yan) 重燒毀的事故越來越多，對變電站事故的處理不當，會(hui) 直接影響變電站運行的安全性與(yu) 穩定性，導致電網事故不斷擴大，不僅(jin) 會(hui) 帶來嚴(yan) 重的經濟損失，還可能造成人員傷(shang) 亡事故。在變電站設計過程中，為(wei) 了保證變壓器、母線、開關(guan) 設備的安全運行，都遵照相關(guan) 規範配置保護裝置，但目前國內(nei) 35kV及以下的母線一般不配置快速母線保護，而是由變壓器的後備過流保護來切除母線故障，由後備保護動作切除故障的時間至少為(wei) 0.5s，這樣就加大了對設備的損傷(shang) 程度。因此，在變電站中低壓開關(guan) 櫃中配置電弧光保護，一旦出現故障，可以及時將故障切除，防止故障進一步擴大。

1中低壓開關(guan) 櫃設備運行過程中的問題和運行要求

1.1開關(guan) 櫃設備運行過程中的問題

在變電站設計過程中，110kV及以上的母線會(hui) 設置母，電壓等級在35kV及以下的母線係統中一般不配置快速母線保護，而是依賴上變壓器的後備過流保護來切除母線短路故障，這樣導致了故障切除時間的延長，加大了設備的損傷(shang) 程度。

在設備的使用過程中母線上的操作比較頻繁，設備絕緣老化、機械磨損是必然現象，運行條件發生改變以及人為(wei) 操作錯誤，會(hui) 導致母線故障率升高，對變電站的運行存在安全隱患。

1.2開關(guan) 櫃安全運行要求

(1)開關(guan) 櫃內(nei) 部燃弧耐受時間。根據IEC298標準，開關(guan) 櫃內(nei) 部燃弧耐受時間為(wei) 100ms，當前市麵上銷售的開關(guan) 櫃是按照該標準要求設計的，開關(guan) 櫃使用過程中可以承受的電弧燃燒時間為(wei) 100ms。由於(yu) 電弧光故障一般都發生在斷路器動作前，故障短路電弧一直處於(yu) 燃燒狀態，保護動作時間與(yu) 斷路器分閘時間之和為(wei) 電弧燃燒的持續時間。因此，從(cong) 開關(guan) 櫃保護的角度來講，保護動作應該要在100ms內(nei) 迅速做出響應，對電弧短路故障進行切除，防止故障進一步擴大而造成更大的危害。

(2)開關(guan) 櫃弧光故障防護。除了加強開關(guan) 櫃的結構外，還應對母線配置快速保護，在開關(guan) 櫃耐受燃弧時間以內(nei) 切除故障，從(cong) 根本上限製故障電弧，對開關(guan) 設備的損壞和人員安全的危害。

2電弧光母線保護係統

電弧光保護是一種快速、可靠的母線保護係統，根據檢測弧光和過流雙判據原理，能夠迅速對變電站中出現的故障進行響應，對於(yu) 各種運行方式都適用，為(wei) 變電站中低壓的母線保護提供了解決(jue) 方案。電弧光保護係統主要包括以下幾個(ge) 方麵的內(nei) 容：

2.1主單元

主單元是電弧保護係統中的主要部分，主要對短路電流以及來自電弧光傳(chuan) 感器的動作信息進行檢測，並且對收集到的故障信息進行處理、判斷，從(cong) 而發出故障處理信號，對故障進行切除。電弧光保護係統要在同時檢測到弧光和過流時才會(hui) 發出相應地切斷閘指令，如果進線斷路器沒有及時動作對故障進行切除，則係統會(hui) 啟動斷路器失靈保護邏輯，發出跳閘指令跳上級的斷路器進行故障切除。此外，電弧保護係統的主單元還會(hui) 根據輔助單元傳(chuan) 遞的弧光傳(chuan) 感器的動作信息，對弧光故障點的位置進行確定，發出溫度報警信息。

2.2輔助單元

電弧保護係統的輔助單元一般都安裝在開關(guan) 櫃中，每一個(ge) 輔助單元可以與(yu) 10個(ge) 弧光傳(chuan) 感器、1個(ge) 溫度傳(chuan) 感器、1個(ge) 便攜式弧光傳(chuan) 感器相連。當係統發生弧光故障的時候輔助單元可以對弧光傳(chuan) 感器中傳(chuan) 遞來的動作信息進行收集，並且將其傳(chuan) 遞給主單元，主單元再對故障進行分析和響應。在主單元中可以顯示輔助單元和弧光傳(chuan) 感器的地址編號，有助於(yu) 及時對故障進行解除。

2.3弧光傳(chuan) 感器

弧光傳(chuan) 感器是對故障進行感應的主要部件，安裝在開關(guan) 櫃的各間隔室中，弧光傳(chuan) 感器是光感應元件，如果出現弧光故障時，光強度大幅度增加，傳(chuan) 感器檢測光強，將光信號轉換成電流信號，並且傳(chuan) 輸給輔助單元。

2.4電流單元

電流單元主要檢測係統中電流的變量，並且可以將其送到主控單元上，對這些數據進行分析和處理，然後將處理結果作為(wei) 判斷係統電流情況的依據。

2.5電弧光保護係統

該係統采用弧光檢測和過電流檢測的方式，實現對整個(ge) 變電站運行設備的雙重檢測與(yu) 判斷，如果同時檢測到弧光與(yu) 電流增量信號，說明設備和係統出現了故障，則需要快速啟動繼電器，發出跳閘的指令，當係統中隻檢測到其中一個(ge) 信號的時候，則隻需要發出報警信號，通知技術人員係統出現故障即可。

安裝了電弧光保護裝置的設備和係統具有斷路器失靈保護功能，即當進線斷路器發生拒動的時候，會(hui) 發出越級跳閘的信號，從(cong) 而對上短路信號進行切斷，確保係統運行穩定。

3電弧光保護在變電站中的應用

本文以某變電站為(wei) 例，對電弧光保護在變電站中的應用進行分析與(yu) 探討。

某變電站安裝應用了ARB5型弧光保護係統，幾年來係統的運行十分穩定可靠，在保護母線方麵發揮了重要作用。本工程的接線方式為(wei) 2條電源進線，單母分段，一共有14麵開關(guan) 櫃和2個(ge) 母線橋。弧光保護配置的方式主要是：一台ARB5主控單元，16個(ge) 光探頭、300米光纖。將主控單元安裝在10kV進線櫃的麵板上，光探頭安裝在14麵櫃以及兩(liang) 個(ge) 母線槽中。在對本工程進行安裝的時候，是在處於(yu) 運行過程中的變電站上加裝弧光設備，所以由於(yu) 停電的時間較短，為(wei) 了保證能夠完成安裝調試工作，要提前做好準備。安裝的步驟主要為(wei) 以下幾個(ge) 方麵：（1）根據變電站加裝弧光係統的實際情況，由弧光係統設備廠家的設計人員對電氣安裝圖紙進行設計，將圖紙提供給變電站相關(guan) 技術人員審核，結合變電站的實際情況進行改進，直到圖紙符合要求。（2）對安裝所需要的輔材以及輔件進行準備，變電站要根據設計人員提供的圖紙，提前在開關(guan) 櫃上開好裝置以及壓板安裝孔，為(wei) 安裝做好準備。（3）當變電站確定停電時間之後，要提前通知廠家，由廠家安排技術人員到現場進行配合安裝。變電站停電時要考慮綜合因素，確定具體(ti) 時間。（4）在停電的前一天需要將主控製裝置安裝完畢，停電之後，變電站技術人員要安排弧光設備常見的技術人員，打開開關(guan) 櫃的櫃門，在安裝完畢之後及時關(guan) 閉櫃門。（5）電源的進線、母線以及總控單元之間的CT線可以由變電站技術人員輔助敷設完成，弧光保護出口所跳開關(guan) 也應該由變電站敷設。（6）具體(ti) 的安裝和調試過程應該由廠家技術人員完成。（7）所有的裝置調試完畢之後，由廠家的技術人員對變電站的技術人員進行培訓。培訓之後要進行測試，測試驗收合格之後即完成整個(ge) 項目。

在本項目中，電弧光保護係統要針對實際係統的實際情況，在技術方麵，電弧光保護裝置應該能夠提供“故障報警信號”、“故障動作信號”到計算機監控係統，有助於(yu) 計算機監控係統及時發現變電站設備運行過程中的故障與(yu) 問題，提高解決(jue) 效率，減少對電力傳(chuan) 輸的影響。同時，電弧光保護的出口跳閘繼電器應該要滿足啟動功率不小於(yu) 5W、動作電壓介於(yu) 55-70之間、動作時間不小於(yu) 10ms的要求。

對弧光保護係統進行安裝的時候，應該要遵循一定的技術規範：（1）KGN櫃的安裝。在安裝KGN櫃的時候應該要按照保護母線隔室、母線側(ce) 隔離刀閘室的原則，在櫃子上側(ce) 中部進行安裝，不僅(jin) 可以確保有足夠的絕緣距離，還能有足夠的角度檢測到櫃內(nei) 的弧光是否滿足要求。對於(yu) 本項目中35kV的開關(guan) 櫃來講，應該在母線隔室、母線側(ce) 隔離刀閘室中各自安裝一個(ge) 弧光傳(chuan) 感器，如果是10kV，如果母線與(yu) 母線側(ce) 隔離刀閘同時在一室，則隻需要安裝一個(ge) 弧光傳(chuan) 感器，如果母線和母線側(ce) 隔離刀閘不在同一室，則需要分別安裝弧光傳(chuan) 感器。（2）KYN櫃安裝。安裝KYNN櫃的時候隻能在母線隔室安裝，在上側(ce) 中部安裝不僅(jin) 可以保證足夠的絕緣距離，還能保證及時檢測到櫃子內(nei) 的弧光。（3）為(wei) 了避免電弧光保護的無選擇性跳閘情況出現，應該要進一步簡化二次回路，變電站中的35kV和10kV母線要采用分列運行的方式。（4）新建的變電站在投產(chan) 之前應該要裝設相應的電弧光保護裝置，運行變電站可以結合開關(guan) 櫃的大修情況，假裝電弧光保護裝置。

4安科瑞ARB5-M弧光保護產(chan) 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。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chan) 品功能和技術參數

6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。

7結束語

綜上所述，采用電弧光保護係統對變電站進行保護，其動作時間為(wei) 5-7ms，可以迅速實現對故障的響應和處理，使變電設備的損失減到小，大大提高了變電站運行的安全性和運行效率。

參考文獻：

唐成靜.電弧光保護在變電站中的應用．

[2] 吳海莉，胡發明.應用於(yu) 110kV變電站的電弧光保護係統[J].上海電力學院學報，2012（12）.

[3] 安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.5（版）.

作者簡介：

簡婷，女，本科，韦德1946网址，主要研究中低壓綜合保護及絕緣監測係統