胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：中低壓系統一直未裝設母線(xiàn)保護，但運行情況表明，中低壓母線(xiàn)故障會(huì )嚴重影響到變壓器及母線(xiàn)開(kāi)關(guān)設備的安全運行。因此，中低壓母線(xiàn)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(wù)。電弧光保護系統就是在這種情況下應運而生，該裝置已在電力系統中得到了的應用。

關(guān)鍵詞：中低壓母線(xiàn);電弧光保護;中低壓母線(xiàn)

0引言

在電力系統中，35kV及以下電壓等級的母線(xiàn)由于沒(méi)有穩定問(wèn)題，一般未裝設母線(xiàn)保護。然而，由于中低壓母線(xiàn)上的出線(xiàn)多，操作頻繁，三相導體線(xiàn)間距離與大地的距離比較近，容易受小動(dòng)物危害，設備制造質(zhì)量比高壓設備差，設備絕緣老化和機械磨損，運行條件惡劣，系統運行條件改變，人為和操作錯誤等原因，中低壓母線(xiàn)的故障幾率比高壓、壓母線(xiàn)高得多。但長(cháng)期以來(lái)，人們對中低壓母線(xiàn)的保護一直不夠重視，大多采用帶有較大延時(shí)的后備保護來(lái)切除母線(xiàn)上的故障，往往使故障發(fā)展、擴大，從而造成巨大的經(jīng)濟損失。

近年來(lái)，由于各種原因開(kāi)關(guān)設備被嚴重燒毀，并導致相關(guān)設備一并損壞的事故時(shí)有發(fā)生。而主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故也逐年增加，這些配網(wǎng)事故處理不當會(huì )被擴大發(fā)展為輸電網(wǎng)事故，造成重大的經(jīng)濟損失，已引起電力部門(mén)的廣泛關(guān)注。究其原因大多是因為沒(méi)有裝設中低壓母線(xiàn)保護，未能快速切除故障造成的。所以，為了保證變壓器及母線(xiàn) 開(kāi)關(guān)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(xiàn)保護。

1開(kāi)關(guān)柜電弧耐受時(shí)間

IEC298標準規定，開(kāi)關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時(shí)間為100ms。從保護開(kāi)關(guān)柜方面考慮，保護動(dòng)作應在小于100ms 的時(shí)間內切除故障，以防止弧光短路故障 進(jìn)一步發(fā)展擴大造成更大的危害。表1為各種電弧燃燒時(shí)間下進(jìn)行試驗得出的結論。

表1各電弧燃燒時(shí)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制故障電弧產(chǎn)生的各種效應，如加強開(kāi)關(guān)柜的結構，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；另一方面，如果要采用通過(guò)加強結構的方式來(lái)較大地提高開(kāi)關(guān)柜的燃弧耐受時(shí)間的話(huà)，則需要增加很大的設備費用。表2為國外對增加開(kāi)關(guān)柜內部燃弧耐受時(shí)間和相應增加成本進(jìn)行評估的結果。

表2電弧耐受時(shí)間和增加成本的評估

2.2防護措施。

采用高速**中壓母線(xiàn)保護切除故障以限制故障電弧的持續時(shí)間，從根本上限制故障電弧，其各種效應對設備和人員的危害。如果中低壓母線(xiàn)保護能在開(kāi)關(guān)柜耐受燃弧時(shí)間以?xún)惹谐收系脑?huà)，將地限制弧光故障對開(kāi)關(guān)設備的損壞；從另一方面看，限制開(kāi)關(guān)設備的損壞，即阻斷了故障發(fā)展的可能性，從而可避免主變壓器長(cháng)時(shí)間遭受短路電流的沖擊而損壞。這也是目前迫切需要的限制因弧光短路故障損壞開(kāi)關(guān)設備及變壓器的防護措施。

3現有的中壓母線(xiàn)保護

目前普遍采用的中壓母線(xiàn)保護方案包括：變壓器后備過(guò)流保護方案、饋線(xiàn)過(guò)流保護閉鎖變壓器過(guò)流保護方案、采用環(huán)流原理的高阻抗母線(xiàn)保護方案。

3.1變壓器后備過(guò)流保護方案。

這是目前國內應用廣泛的中壓母線(xiàn)保護方案。由于考慮到與饋線(xiàn)和母線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)的配合，保護跳閘時(shí)間一般整定為1.0~1.4s,有的甚至更長(cháng)，達2.0s以上。這一動(dòng)作速度遠遠不能滿(mǎn)足快速切除中壓母線(xiàn)故障的要求。

3.2饋線(xiàn)過(guò)流保護閉鎖變壓器過(guò)流保護方案。

近年來(lái)，微機過(guò)流保護在中壓饋線(xiàn)廣泛應用，國外提出利用饋線(xiàn)過(guò)流元件閉鎖變壓器過(guò)流保護的方案，該方案與變壓器后備過(guò)流保護方案相比其動(dòng)作速度有了一定的提高，典型動(dòng)作時(shí)間為300~400ms。但對于要求100ms 以?xún)惹谐收先圆荒軡M(mǎn)足要求。

3.3采用環(huán)流原理的高阻抗母線(xiàn)保護方案。

國外某些重要工程曾采用**中壓母線(xiàn)保護方案，保護動(dòng)作時(shí)間一般為35~60ms。這種方案接線(xiàn)復雜、對TA的要求高，安裝在6/35kV母線(xiàn)上有很多困難，也很不經(jīng)濟。此外，由于其保護范圍受到TA 安裝位置的限制，不能避免發(fā)生故障幾率較高的電纜接頭處的故障，并且也不能提供故障定位。因此也不適合中壓母線(xiàn)保護應用。

從實(shí)際應用情況來(lái)看，現有的保護方案是顯然不 能滿(mǎn)足快速切除母線(xiàn)故障的要求。因此，迫切需要采用一種新型中低壓母線(xiàn)保護系統，以解決目前運行中由于中低壓母線(xiàn)發(fā)生故障幾率較高、延遲切除故障導致故障發(fā)展、擴大，從而造成巨大經(jīng)濟損失的問(wèn)題。

4新型電弧光保護系統構成

新型電弧光保護系統由以下幾個(gè)部分構成：主控單元、電流單元、弧光單元、弧光傳感器(探頭)、數據線(xiàn)和光纖。系統的基本原理是：通過(guò)測量開(kāi)關(guān)柜中的弧光，弧光傳感器可以連接到主控單元或者弧光單元，電流單元則用于傳輸電流信號。在弧光傳感器檢測到弧光信號的同時(shí)，若電流單元檢測到了過(guò)流信號，則被判為產(chǎn)生了電弧光故障。一旦檢測到電弧光故障，保護系統會(huì )在1ms內發(fā)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系統的核心部件，作用是管理、控制整個(gè)系統。主控單元有4個(gè)數據傳輸接口，每個(gè)接口可連接6個(gè)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(gè)弧光檢測光纖接口，用于連接弧光傳感器。通過(guò)主控單元中的現實(shí)，可以準確判斷電弧光產(chǎn)生的位置。

一個(gè)主控單元能同時(shí)保護幾個(gè)獨立的開(kāi)關(guān)柜，因此，電弧光保護系統的弧光單元和電流單元可以分散到不同的開(kāi)關(guān)柜內，把檢測到的弧光或電流信號傳送到主控單元，主控單元收集到這些必要的數據，根據實(shí)際情況輸出跳閘信號到斷路器。

4.2弧光單元。

弧光單元用于檢測弧光，具有10個(gè)弧光檢測光纖接口，用于連接弧光傳感器?；」鈫卧姘迳系碾娢挥嬘脕?lái)調整感光的強度，校準好后，把信息傳遞到下一個(gè)電流或弧光單元，或者傳到主控單元。通過(guò)弧光單元，保護系統始終能準確地識別超過(guò)整定的光感定值的弧光傳感器所在地。

4.3電流單元。

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

4.4弧光傳感器。

弧光傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜內，是探測弧光的光感應元件。發(fā)生電弧光故障時(shí)，光的強度會(huì )大幅度增加，弧光傳感器內的感光元件就會(huì )把光信號轉換為電信號傳給弧光單元或者主控單元。電弧光保護系統的感光 范圍靈敏度可在弧光單元和主控單元進(jìn)行調整。

封閉式母線(xiàn)系統中，在每個(gè)開(kāi)關(guān)柜裝設一個(gè)弧光傳感器。在開(kāi)放式母線(xiàn)系統中，弧光傳感器的間隔約為5~6m。

4.5數據線(xiàn)和光纖。

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

5新型電弧光保護系統構成

這種新型電弧光保護系統是一種原理簡(jiǎn)單、動(dòng)作快速可靠、保護覆蓋范圍廣、安裝維護方便的裝置，目前已有超過(guò)數百套該型電弧光保護系統在包括我國在內的近十個(gè)**的400V~20kV 中低壓開(kāi)關(guān)柜中投運，用戶(hù)遍及發(fā)電廠(chǎng)、變電站以及工業(yè)商業(yè)用戶(hù)等領(lǐng)域。產(chǎn)品運行情況及用戶(hù)反饋意見(jiàn)表明，該種電弧光保護系統穩定可靠，能可靠地顯示故障位置、發(fā)出跳閘指令。

6安科瑞ARB6產(chǎn)品功能

注：√表示具備此功能，■表示可選功能。

6.1產(chǎn)品選型指標配置

6.2開(kāi)孔尺寸

6.2.1 ARB6弧光保護裝置安裝位置和開(kāi)孔尺寸。

ARB6弧光保護裝置安裝時(shí)需考慮開(kāi)關(guān)柜安裝空間，與保護范圍內電源進(jìn)線(xiàn)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(xiàn)過(guò)長(cháng)，一般安裝于主變壓器中、低壓側進(jìn)線(xiàn)柜或 TV 柜柜門(mén)上，建議采用面板開(kāi)孔安裝。

ARB6弧光保護裝置外形和開(kāi)孔尺寸如下。（尺寸單位：mm）

左視圖 正視圖 開(kāi)孔圖

6.2.2 ARB-S弧光探頭固定方式和開(kāi)孔尺寸

ARB-S弧光探頭固定在卡扣支架上，卡扣支架需要開(kāi)孔安裝?？壑Ъ艿拈_(kāi)孔尺寸為20mm（直徑）。

6.3 探頭安裝位置

6.3.1母線(xiàn)室弧光探頭安裝

6.3.2手車(chē)室弧光探頭安裝

6.3.3電纜室弧光探頭安裝

7結論

隨著(zhù)現代微機和光電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型母線(xiàn)保護原理和裝置不斷出現，為實(shí)現中低壓**母線(xiàn)保護提供了各種解決方案。電弧光保護作為一種針對中壓開(kāi)關(guān)柜故障特性開(kāi)發(fā)的母線(xiàn)保護系統，具有原理簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠迅速、對變電站一次設備無(wú)特殊要求、適應于各種運行方式、且在各種運行方式下不需要保護切換等優(yōu)點(diǎn)，為用戶(hù)提供了一個(gè)理想的中低壓母線(xiàn) 保護解決方案。

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