淺談電弧光保護裝置在中壓母線中應用方案

hth下载地址 陳聰

摘要：中低壓係統一直未裝設母線保護，但運行情況表明，中低壓母線故障會(hui) 嚴(yan) 重影響到變壓器及母線開關(guan) 設備的安全運行。因此，中低壓母線保護需要得到足夠的重視，找到一種快速的保護裝置是當前一項迫切的任務。電弧光保護係統就是在這種情況下應運而生，該裝置已在電力係統中得到了的應用。

關(guan) 鍵詞：中低壓母線;電弧光保護;中低壓母線

0引言

在電力係統中，35kV及以下電壓等級的母線由於(yu) 沒有穩定問題，一般未裝設母線保護。然而，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，係統運行條件改變，人為(wei) 和操作錯誤等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、壓母線高得多。但長期以來，人們(men) 對中低壓母線的保護一直不夠重視，大多采用帶有較大延時的後備保護來切除母線上的故障，往往使故障發展、擴大，從(cong) 而造成巨大的經濟損失。

近年來，由於(yu) 各種原因開關(guan) 設備被嚴(yan) 重燒毀，並導致相關(guan) 設備一並損壞的事故時有發生。而主變壓器由於(yu) 遭受外部短路電流衝(chong) 擊損壞的事故也逐年增加，這些配網事故處理不當會(hui) 被擴大發展為(wei) 輸電網事故，造成重大的經濟損失，已引起電力部門的廣泛關(guan) 注。究其原因大多是因為(wei) 沒有裝設中低壓母線保護，未能快速切除故障造成的。所以，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，迫切需要配置專(zhuan) 用中低壓母線保護。

1開關(guan) 櫃電弧耐受時間

IEC298標準規定，開關(guan) 櫃可以承受的電弧燃燒時間為(wei) 100ms。從(cong) 保護開關(guan) 櫃方麵考慮，保護動作應在小於(yu) 100ms 的時間內(nei) 切除故障，以防止弧光短路故障 進一步發展擴大造成更大的危害。表1為(wei) 各種電弧燃燒時間下進行試驗得出的結論。

表1各電弧燃燒時間下設備的損壞情況

2弧光短路故障的防護措施

2.1防護措施。

采用這種措施的目的是限製故障電弧產(chan) 生的各種效應，如加強開關(guan) 櫃的結構，密封隔離各單元室、設置釋放板和泄壓通道等。采用這種措施在一定程度上能減少損壞程度；另一方麵，如果要采用通過加強結構的方式來較大地提高開關(guan) 櫃的燃弧耐受時間的話，則需要增加很大的設備費用。表2為(wei) 國外對增加開關(guan) 櫃內(nei) 部燃弧耐受時間和相應增加成本進行評估的結果。

表2電弧耐受時間和增加成本的評估

2.2防護措施。

采用高速專(zhuan) 用中壓母線保護切除故障以限製故障電弧的持續時間，從(cong) 根本上限製故障電弧，其各種效應對設備和人員的危害。如果中低壓母線保護能在開關(guan) 櫃耐受燃弧時間以內(nei) 切除故障的話，將地限製弧光故障對開關(guan) 設備的損壞；從(cong) 另一方麵看，限製開關(guan) 設備的損壞，即阻斷了故障發展的可能性，從(cong) 而可避免主變壓器長時間遭受短路電流的衝(chong) 擊而損壞。這也是目前迫切需要的限製因弧光短路故障損壞開關(guan) 設備及變壓器的防護措施。

3現有的中壓母線保護

目前普遍采用的中壓母線保護方案包括：變壓器後備過流保護方案、饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護方案、采用環流原理的高阻抗母線保護方案。

3.1變壓器後備過流保護方案。

這是目前國內(nei) 應用廣泛的中壓母線保護方案。由於(yu) 考慮到與(yu) 饋線和母線分段開關(guan) 的配合，保護跳閘時間一般整定為(wei) 1.0~1.4s,有的甚至更長，達2.0s以上。這一動作速度遠遠不能滿足快速切除中壓母線故障的要求。

3.2饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護方案。

近年來，微機過流保護在中壓饋線廣泛應用，國外提出利用饋線過流元件閉鎖變壓器過流保護的方案，該方案與(yu) 變壓器後備過流保護方案相比其動作速度有了一定的提高，典型動作時間為(wei) 300~400ms。但對於(yu) 要求100ms 以內(nei) 切除故障仍不能滿足要求。

3.3采用環流原理的高阻抗母線保護方案。

國外某些重要工程曾采用專(zhuan) 用中壓母線保護方案，保護動作時間一般為(wei) 35~60ms。這種方案接線複雜、對TA的要求高，安裝在6/35kV母線上有很多困難，也很不經濟。此外，由於(yu) 其保護範圍受到TA 安裝位置的限製，不能避免發生故障幾率較高的電纜接頭處的故障，並且也不能提供故障定位。因此也不適合中壓母線保護應用。

從(cong) 實際應用情況來看，現有的保護方案是顯然不 能滿足快速切除母線故障的要求。因此，迫切需要采用一種新型中低壓母線保護係統，以解決(jue) 目前運行中由於(yu) 中低壓母線發生故障幾率較高、延遲切除故障導致故障發展、擴大，從(cong) 而造成巨大經濟損失的問題。

4新型電弧光保護係統構成

新型電弧光保護係統由以下幾個(ge) 部分構成：主控單元、電流單元、弧光單元、弧光傳(chuan) 感器(探頭)、數據線和光纖。係統的基本原理是：通過測量開關(guan) 櫃中的弧光，弧光傳(chuan) 感器可以連接到主控單元或者弧光單元，電流單元則用於(yu) 傳(chuan) 輸電流信號。在弧光傳(chuan) 感器檢測到弧光信號的同時，若電流單元檢測到了過流信號，則被判為(wei) 產(chan) 生了電弧光故障。一旦檢測到電弧光故障，保護係統會(hui) 在1ms內(nei) 發出跳閘指令，達到保護的目的。

4.1主控單元。

主控單元是電弧光保護係統的核心部件，作用是管理、控製整個(ge) 係統。主控單元有4個(ge) 數據傳(chuan) 輸接口，每個(ge) 接口可連接6個(ge) 弧光或電流單元；輸出接口包括4路快速跳閘輸出和6路常規繼電器跳閘輸出；20個(ge) 弧光檢測光纖接口，用於(yu) 連接弧光傳(chuan) 感器。通過主控單元中的現實，可以準確判斷電弧光產(chan) 生的位置。

一個(ge) 主控單元能同時保護幾個(ge) 獨立的開關(guan) 櫃，因此，電弧光保護係統的弧光單元和電流單元可以分散到不同的開關(guan) 櫃內(nei) ，把檢測到的弧光或電流信號傳(chuan) 送到主控單元，主控單元收集到這些必要的數據，根據實際情況輸出跳閘信號到斷路器。

4.2弧光單元。

弧光單元用於(yu) 檢測弧光，具有10個(ge) 弧光檢測光纖接口，用於(yu) 連接弧光傳(chuan) 感器。弧光單元麵板上的電位計用來調整感光的強度，校準好後，把信息傳(chuan) 遞到下一個(ge) 電流或弧光單元，或者傳(chuan) 到主控單元。通過弧光單元，保護係統始終能準確地識別超過整定的光感定值的弧光傳(chuan) 感器所在地。

4.3電流單元。

傳(chuan) 送至主控單元。電流單元可匹配1A 、2A 、5A的電流互感器，電流的整定可以從(cong) 麵板上的電位計來調節。電流單元檢測到的電流數據通過光纖或數據線傳(chuan) 送到主控單元，主控單元依據設定的邏輯判據決(jue) 定是否輸出跳閘信號。

4.4弧光傳感器。

弧光傳(chuan) 感器安裝在開關(guan) 櫃內(nei) ，是探測弧光的光感應元件。發生電弧光故障時，光的強度會(hui) 大幅度增加，弧光傳(chuan) 感器內(nei) 的感光元件就會(hui) 把光信號轉換為(wei) 電信號傳(chuan) 給弧光單元或者主控單元。電弧光保護係統的感光 範圍靈敏度可在弧光單元和主控單元進行調整。

封閉式母線係統中，在每個(ge) 開關(guan) 櫃裝設一個(ge) 弧光傳(chuan) 感器。在開放式母線係統中，弧光傳(chuan) 感器的間隔約為(wei) 5~6m。

4.5數據線和光纖。

在主控單元和弧光單元或電流單元間的數據傳(chuan) 送是靠光纖和數據傳(chuan) 輸線來完成的。光纖傳(chuan) 輸觸發信號至主控單元，工作電源，報警信號，自控數據信息流的傳(chuan) 送則通過數據傳(chuan) 輸線來完成。

5新型電弧光保護係統構成

這種新型電弧光保護係統是一種原理簡單、動作快速可靠、保護覆蓋範圍廣、安裝維護方便的裝置，目前已有超過數百套該型電弧光保護係統在包括我國在內(nei) 的近十個(ge) 國家的400V~20kV 中低壓開關(guan) 櫃中投運，用戶遍及發電廠、變電站以及工業(ye) 商業(ye) 用戶等領域。產(chan) 品運行情況及用戶反饋意見表明，該種電弧光保護係統穩定可靠，能可靠地顯示故障位置、發出跳閘指令。

6hth下载地址ARB6產(chan) 品功能

注：√表示具備此功能，■表示可選功能。

6.1產品選型指標配置

6.2開孔尺寸

6.2.1 ARB6弧光保護裝置安裝位置和開孔尺寸。

ARB6弧光保護裝置安裝時需考慮開關(guan) 櫃安裝空間，與(yu) 保護範圍內(nei) 電源進線回路的TA回路連接、保護跳閘回路連接，原則上采用就近安裝方式，避免TA采集回路、跳閘回路連線過長，一般安裝於(yu) 主變壓器中、低壓側(ce) 進線櫃或 TV 櫃櫃門上，建議采用麵板開孔安裝。

ARB6弧光保護裝置外形和開孔尺寸如下。（尺寸單位：mm）

左視圖 正視圖 開孔圖

6.2.2 ARB-S弧光探頭固定方式和開孔尺寸

ARB-S弧光探頭固定在卡扣支架上，卡扣支架需要開孔安裝。卡扣支架的開孔尺寸為(wei) 20mm（直徑）。

6.3 探頭安裝位置

6.3.1母線室弧光探頭安裝

6.3.2手車室弧光探頭安裝

6.3.3電纜室弧光探頭安裝

7結論

隨著現代微機和光電子技術的發展，各種新型母線保護原理和裝置不斷出現，為(wei) 實現中低壓專(zhuan) 用母線保護提供了各種解決(jue) 方案。電弧光保護作為(wei) 一種針對中壓開關(guan) 櫃故障特性開發的母線保護係統，具有原理簡單、動作可靠迅速、對變電站一次設備無特殊要求、適應於(yu) 各種運行方式、且在各種運行方式下不需要保護切換等優(you) 點，為(wei) 用戶提供了一個(ge) 理想的中低壓母線 保護解決(jue) 方案。

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