淺析電弧光保護在中低壓母線系統(tǒng)中的應用方案

時間：2023-12-07

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：近年來，中低壓開關柜在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用，中低壓開關柜體積小、可標準化生產(chǎn)。從而占據(jù)了電力市場的重要份額。而中低壓開關柜體積較小、設備間距偏小，柜體內(nèi)的弧光短路故障時有發(fā)生，造成開關設備被嚴重燒毀的事故屢屢發(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。

關鍵詞：中低壓母線；電弧光保護系統(tǒng)；應用；

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，因此一般未裝設單的母線保護。南于中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導體線間距離與大地的距離比較近，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，造成了的經(jīng)濟損失。究其原因大多是因為沒有裝設單設置的中低壓母線保護，未能快速切除故障造成的。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(xiàn)象，運行條件發(fā)生改變以及人為操作錯誤，會導致母線故障率升高，對變電站的運行存在隱患。

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)設備絕緣故障。目前開關柜內(nèi)部空間越來越小，造成開關柜中部分絕緣材料爬距不夠，絕緣強度不足，長期運行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、電力電纜的廣泛應用、系統(tǒng)的諧振、繼保設備和自動裝置選型、配置不當?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，的聲響效應還可能引起人的休克，這些對人體的傷害都是的。一旦燃弧時間過了lOOms，其所釋放的便會，而隨著燃燒時間的延長，將陸續(xù)造成開關柜內(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、運行人員在開關柜周圍工作，特別是開關柜門因為工作需要已經(jīng)打開的情況下，則故障電弧產(chǎn)生的將會對工作人員造成的傷害。

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)。當過流保護動作后，跳開出線開關的同時閉鎖主變相應側(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。如果偶爾光線信號過光線設定值或者電流信號過電流設定值，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?，主控單元依?jù)設定的邏輯，判斷是否發(fā)出跳閘指令。

(3)弧光單元?；」鈫卧渲萌舾蓚€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?，主控單元依?jù)設定的邏輯，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原件。當發(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。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)的性及高強的抗干擾能力。

(5)配置靈活、適應性強。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

技術(shù)參數(shù)代碼	代碼說明
弧光主控板數(shù)
0	0塊主控板，可接0塊采集板信號
1	1塊主控板，可接6塊采集板信號
2	2塊主控板，可接12塊采集板信號
3	3塊主控板，可接18塊采集板信號
4	4塊主控板，可接24塊采集板信號
弧光采集板數(shù)
0	0塊采集板，可直接采集0個弧光探頭信號
1	1塊采集板，可直接采集5個弧光探頭信號
2	2塊采集板，可直接采集10個弧光探頭信號
3	3塊采集板，可直接采集15個弧光探頭信號
4	4塊采集板，可直接采集20個弧光探頭信號
電流輸入
1	1A
5
電源
1	裝置電源為DC110V，開入電源DC110V
2	裝置電源為DC220V，開入電源DC220V
3	裝置電源為AC110V，開入電源DC24V（裝置自帶）
4	裝置電源為AC220V，開入電源DC24V（裝置自帶）
電源
0	不需要
1	支持MMS
2	支持MMS，GOOSE

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用150。

（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)

型號	主要功能	技術(shù)參數(shù)
ARB5-M弧光保護主控單元	8組弧光保護	可選配4塊板，1塊板可采集5路探頭，共支持20路弧光探頭直接采集。亦可選配4塊主控板（即可接入4臺ARB5-E擴展單元）1塊主控板可接收6塊采集板的探頭，共支持120路弧光探頭采集。
	4組失靈保護
	4組電流回路TA監(jiān)測
	4組三相電流采集
	11路可編程跳閘出口
	非電量保護
	裝置故障告警
	2路RS485
	2路以太網(wǎng)
	1路打印接口
	1路IRIG-B碼對時接口
	支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103
	支持GOOSE輸入輸出（選配）
ARB5-E弧光保護擴展單元	弧光信號采集	可選配6塊板，1塊板可采集5路探頭，共支持30路弧光探頭直接采集。
	模擬狀態(tài)傳輸
	需要配合ARB5-M主控單元使用
ARB5-S弧光探頭	弧光信號監(jiān)測	點式弧光傳感器，可安裝于母線室、電纜室或斷路器室。
現(xiàn)場調(diào)試及工程服務費		視項目情況核價

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)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、電力公司當前的一項重要工作。新型電弧光保護具有原理簡單、動作、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,劉學敏,王華鋒．淺談新型電弧光保護中低壓母線系統(tǒng)中的應用

[2]田廣青.電弧光保護及其在中低壓開關柜和母線保護中的應用[J]電工技術(shù)雜志，20O4

(O1)．

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5（版）.

13641854052

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