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淺談電弧光母線保護(hù)系統(tǒng)在中壓開關(guān)柜的應(yīng)用

更新時間：2023-04-03點擊次數(shù)：334

吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：結(jié)合工程實際介紹了電弧光的定義及危害、電弧光保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理。

關(guān)鍵詞：電弧光；危害；保護(hù)；控制；原理


0 引言

電弧光現(xiàn)象是兩相之間或相地之問因電離加劇引起空氣導(dǎo)電的現(xiàn)象；」夥烹姷臈l件是小間隙和大電流。

弧光點溫度發(fā)生電弧白光時，是太陽表面溫度的2倍；弧光的照度達(dá)8000～9000lx，而人眼能承受光強(qiáng)為300lx以下；弧光爆破壓達(dá)120kPa，而人體能承受的壓力為7．5kPa；弧光燃燒帶來強(qiáng)烈的聲響和震動，也超過人體能承受的。電弧光引起的事故對人員和設(shè)備都會造成很大的危害。

電氣短路引起電弧燃燒在配電系統(tǒng)開關(guān)柜中一旦發(fā)生，就會引起諸如爆炸、燃燒等較大的設(shè)備材料損毀，危害電力系統(tǒng)運(yùn)行的和穩(wěn)定，還會對人員造成很大危害。


1 裝設(shè)電弧光保護(hù)的必要性

1.1 電力工業(yè)發(fā)展的需要

一方面，隨著國家電力工業(yè)的快速發(fā)展，中低壓開關(guān)柜的應(yīng)用數(shù)量越來越多，由于開關(guān)柜弧光短路故障引發(fā)的中低壓母線故障時有發(fā)生，并且也發(fā)生過主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重；另一方面，用戶對供電的可靠性要求也越來越高；因此，在中低壓開關(guān)柜裝設(shè)專用快速母線保護(hù)——電弧光保護(hù)是有必的。


1.2 開關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時間的需求

當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)部弧光短路故障時，IEC298標(biāo)準(zhǔn)附錄中規(guī)定的內(nèi)部燃弧時間是100ms，也就是說開關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時問，即保護(hù)動作和斷路器切除故障的時間之和應(yīng)小于100inS，此時才能達(dá)到保護(hù)開關(guān)柜的目的。目前市場上銷售的開關(guān)柜基本上是按照1EC298標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，即開關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時間為100ms。表1為國外對各種燃弧持續(xù)時間下設(shè)備損害程度的試驗結(jié)果。


表1 不同燃弧持續(xù)時間下對設(shè)備造成的損壞

 


1.3 變壓器動穩(wěn)定時間及中低壓母線保護(hù)動作時間的要求

國標(biāo)規(guī)定的110kV及以電壓等級的變壓器的熱穩(wěn)定允許叫‘問為2S，動穩(wěn)定時間為0．25S。但實際上，在低壓側(cè)出口短路故障時，過流后備保護(hù)切除動作時間往往在2S以上，距變壓器的動穩(wěn)定時間要求0．25S相差甚遠(yuǎn)，這也是造成變壓器損壞的重要原因。


1.4 現(xiàn)有的中低壓母線保護(hù)方式及存在的問題

1.4.1 變壓器后備過流保護(hù)

這是目前國內(nèi)應(yīng)用*廣泛的中低壓母線保護(hù)方式。由于考慮到與饋線和母線分段開關(guān)的配合，保護(hù)跳閘時間一般摯定為1．0～1．4S，有的甚至更長，達(dá)2．0S以上。這一動作時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足快速切除中低壓母線故障的要求。

1.4.2 饋線過流閉鎖變壓器過流保護(hù)

近年來采用饋線過流閉鎖變壓器過流保護(hù)的應(yīng)用較為廣泛，與變壓器后備過流保護(hù)方式相比，其動作速度有了一定的提高，典型動作時間為300～400InS。但仍難以在100ms以內(nèi)切除故障。

1.4.3 采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護(hù)

這種保護(hù)方式典型的保護(hù)動作時間為35～60IllS？紤]到斷路器的分閘時間，這一動作速度對要求100ins以內(nèi)切除故障來說，常常也不能滿足要求。并且這種保護(hù)方式的接線復(fù)雜，對TA的質(zhì)量要求高，安裝在有很多出線的6～35kV母線上非常困難，也不經(jīng)濟(jì)。此外，由于其保護(hù)范圍受到TA安裝位置的限制，不能保護(hù)到發(fā)生故障兒率較高的電纜室電纜接頭處的故障，因此，并不適合應(yīng)用于中低』上母線保護(hù)。

從實際應(yīng)用情況來看，現(xiàn)有的保護(hù)方式顯然不能滿足快速切除母線故障或保護(hù)覆蓋范圍的要求，因此，在中低壓母線和開關(guān)柜裝設(shè)一種快速的母線保護(hù)是必要的，也足迫切的。



2 電弧光母線保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

剛果(金)也稱剛果民主共和國，地處非洲大陸中部，ZONGOⅡ水電站是剛果民主共和國的水電站，當(dāng)?shù)仉姀S技術(shù)人員運(yùn)行水平較低，因此ZONGOⅡ水電站廠用電10kV設(shè)計電弧光保護(hù)是非常有必要的。


2.1 保護(hù)對象

保護(hù)對象是該電站廠用電10kVI、Ⅱ、Ⅲ段母線。整套系統(tǒng)由主單元、輔助單元和弧光傳感器連接電纜組成。在每個開關(guān)柜母線室內(nèi)安裝1個弧光傳感器，在母聯(lián)斷路器和母聯(lián)隔離車安裝1個弧光傳感器，在母線橋加裝1個弧光傳感器，在TV柜內(nèi)安裝1個弧光傳感器，通過弧光傳感器把采到的弧光信號傳送給主單元。


2.2 電弧光母線保護(hù)原理

電弧光保護(hù)原理很簡單，主要動作依據(jù)為故障產(chǎn)生的2個不同因素：弧光及電流增量。當(dāng)同時檢測到弧光和電流增量時發(fā)出跳閘命令。也就是說，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，弧光傳感器將弧光信號轉(zhuǎn)化為電信號傳給主單元，主單元檢測電流信號，如果達(dá)到啟動值即發(fā)出跳閘信號。主單元裝置動作時間為5—7ms，斷路器動作時間為35～60ms，可以在100ms以內(nèi)切除故障。

當(dāng)弧光傳感器采集到弧光信號、主單元采集到進(jìn)線過流信號時，將啟動跳閘繼電器跳開進(jìn)線斷路器，同時將動作信號(硬接點)傳遞給后臺監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)擁有完善的自檢功能，能實時在線自檢，系統(tǒng)自檢告警信息可以在裝置上看到，也可通過主單元的告警繼電器送到后臺。當(dāng)任意一段母線出現(xiàn)故障時，都只會跳開該段母線的進(jìn)線斷路器，其他段母線仍會正常運(yùn)行。

在母聯(lián)開關(guān)運(yùn)行時，跳開故障母線進(jìn)線斷路器和母聯(lián)斷路器。其中弧光判據(jù)的啟動條件為：光強(qiáng)度超過80001x，電流超過負(fù)荷電流。


2.3 電弧光母線保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電弧光保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，由主單元、輔助單元、弧光傳感器和連接電纜構(gòu)成。


 

2.3.1 主單元

主單元通過檢測短路電流和來自弧光傳感器的動作信息，并對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷，發(fā)出跳閘信號以切除故障。該系統(tǒng)在同時檢測到弧光和過流時發(fā)出跳閘指令。在進(jìn)線斷路器未能動作切除故障時，它將啟動斷路器失靈保護(hù)邏輯，發(fā)出跳閘指令給上級斷路器切除故障。此外，主單元根據(jù)弧光傳感器送來的動作信息和溫度傳感器測量的溫度，提供弧光故障點的定位和溫度報警信息。


2.3.2 弧光傳感器

弧光傳感器安裝在開關(guān)柜各間隔室中，對各種接線的中壓開關(guān)柜提供有選擇性的保護(hù)。弧光傳感器作為光感應(yīng)元件，將檢測在發(fā)生弧光故障時突然增加的光強(qiáng)，并將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號傳送給主單元，一般它作為弧光保護(hù)系統(tǒng)中的主要故障判據(jù)。


3 安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)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。

 


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


 

 

 

5 安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

 

 

 

 

6 結(jié)論

電弧光保護(hù)是電氣保護(hù)一個新的分支，快速感光和過電流的邏輯配合使其*性表現(xiàn)更為突出。電弧光保護(hù)具有保護(hù)邏輯簡單、動作迅速等優(yōu)點，現(xiàn)場安裝、調(diào)試方便靈活，是常規(guī)繼電保護(hù)的一個有效的補(bǔ)充。隨著電弧光保護(hù)在市場上日益廣泛使用，產(chǎn)品價格也逐漸走低，更多的領(lǐng)域已經(jīng)能享受到先進(jìn)技術(shù)帶來的好處。剛果(金)ZONGOⅡ，水電站廠用電1OkV開關(guān)柜內(nèi)采用電弧光保護(hù)設(shè)備，設(shè)備已經(jīng)安裝調(diào)試完畢，使用效果良好。


參考文獻(xiàn)：

[1]胡 楠，國 佳.剛果(金 )ZONGOⅡ電站中壓開關(guān)柜電弧光保護(hù)的應(yīng)用[M]

[2]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：

吳柯霓，女，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)測系統(tǒng)