電弧光保護系統(tǒng)在母線保護中的應(yīng)用

0引言

在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級的母線由于沒有穩(wěn)定問題，一般未裝設(shè)母線保護。然而，由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，容易受小動物危害，設(shè)備制造質(zhì)量比高壓設(shè)備差，設(shè)備絕緣老化和機械磨損，運行條件惡劣，系統(tǒng)運行條件改變，人為和操作錯誤等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、壓母線高得多。但長期以來，人們對中低壓母線的保護一直不夠重視日期:2008-01-16較大延時的后備保護來切除母線上的故障，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，由于各種原因開關(guān)設(shè)備被嚴重燒毀，并導致相關(guān)設(shè)備一并損壞的事故時有發(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，已引起電力部門的廣泛關(guān)注究其原因大多是因為沒有裝設(shè)中低壓母線保護，未能快速切除故障造成的。所以，為了保證變壓器及母線開關(guān)設(shè)備的安全運行，根據(jù)繼電保護快速性的要求，迫切需要配置中低壓母線保護。

1開關(guān)柜電弧耐受時間

IEC298標準規(guī)定，開關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時間為100ms。從保護開關(guān)柜方面考慮，保護動作應(yīng)在小于100mms的時間內(nèi)切除故障，以防止驅(qū)光短路故障進一步發(fā)展擴大造成更大的危害。表1為各種電弧燃燒時間下進行試驗得出的結(jié)論。

2弧光短路故障的防護措施

.       消性防護措施

采用這種措施的目的是限制故障電弧產(chǎn)生的各種效應(yīng)，如加強開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)，密封隔離各單元室、設(shè)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，如果要采用通過加強結(jié)構(gòu)的方式來較大地提高開關(guān)柜的燃弧耐受時間的話則需要增加很大的設(shè)備費用。表2為國外對增加開關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時間和相應(yīng)增加成本進行評估的結(jié)果。

.       積性防護措施

采用高速中壓母線保護切除故障以限制故障電弧的持續(xù)時間，從根本上限制故障電弧，其各種效應(yīng)對設(shè)備和人員的危害。如果中低壓母線保護能在開關(guān)柜耐受燃弧時間以內(nèi)切除故障的話，將大限度地限制弧光故障對開關(guān)設(shè)備的損壞;從另一方面看限制開關(guān)設(shè)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時間遭受短路電流的沖擊而損壞。這也是目前迫切需要的的限制因弧光短路故障損壞開關(guān)設(shè)備及變壓器的防護措施。

3現(xiàn)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:變壓器后備過流保護方案、饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護方案、采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護方案。

(1）變壓器后備過流保護方案。

這是目前國內(nèi)應(yīng)用廣泛的中壓母線保護方案由于考慮到與饋線和母線分段開關(guān)的配合，保護跳閘時間一般整定為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。

（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(yīng)用，國外提出利用饋線過流元件閉領(lǐng)受壓器過流保護的方案，該方案與變壓器后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300-400ms。但對于要求100ms以內(nèi)切除故障仍不能滿足要求。

.       采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護方案。

國外某些重要工程曾采用中壓母線保護方案保護動作時間一般為35-60ms。這種方案接線復雜對TA的要求高，安裝在6/35KV母線上有根多困難也很不經(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)生故障幾事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保護應(yīng)用。

從實際應(yīng)用情況來看，現(xiàn)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，迫切需要采川一種新型中低壓母線保護系統(tǒng)，以解決目前運行中由于中低壓母線發(fā)生故障幾事較高、延遲切除故障導致故陳發(fā)展、擴大，從而造成巨大經(jīng)濟損失的問題。

4新型電光保護系統(tǒng)構(gòu)成

新型電弧光保護系統(tǒng)由以下幾個部分構(gòu)成:主控單元、電流單元、強光單元、弧光傳感器《探頭)、數(shù)據(jù)線和光纖。系統(tǒng)的基本原理是:通過測量開關(guān)柜中的弧光弧光傳感器可以連接到主控單元或者強光單元，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，若電流單元檢測到了過流信號，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(tǒng)會在1rns內(nèi)發(fā)出跳指今，達到護的目的。

(1）主控單元

主控單元是電弧光保護系統(tǒng)的核心部件，作用是管理、控制整個系統(tǒng)。主控單元有4個數(shù)據(jù)傳輸接口每個接口可連接6個弧光或電流單元，輸出接口包括4路快速跳閘輸出和6路常規(guī)電跳鬧輸出20個光檢測光纖接口，用于連接強光傳感器。通過主控單元中的現(xiàn)實，可以準確判斷電驅(qū)光產(chǎn)生的位置。

一個主控單元能同時保護幾個*的開關(guān)柜，因此，電弧光保護系統(tǒng)的弧光單元和電流單元可以分微到不同的開關(guān)柜內(nèi)，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(shù)據(jù)，根據(jù)實際情況輸出跳閘信號到斷路器

(2）弧光單元。

弧光單元用于檢測弧光，具有10個光檢測光纖接口，用于連接弧光傳感器。驅(qū)光單元面板上的電位計用來調(diào)整感光的強度，校準好后，把信息傳遞到下.個電流或領(lǐng)光單元，或者傳到主控單元。通過弧光單元，保護系統(tǒng)始終能準確地識別超過整定的光感定值的弧光傳感器所在地。

(3）電流單元。

電流單元檢測電流信號，井將信號轉(zhuǎn)換為光信號傳送至主控單元。電流單元可匹配1A2A的電流互感器，電流的整定可以從面板上的電位計來調(diào)節(jié)。電流單元檢測到的電流數(shù)據(jù)通過光纖或數(shù)線傳送到主控單元，主控單元依據(jù)設(shè)定的逐輯判據(jù)決定是否輸出用信號。

(4）弧光傳傳感。

弧光傳感器安裝在開關(guān)柜內(nèi)，是探測狐光的光感應(yīng)元件。發(fā)生電領(lǐng)光故障時，光的強度會大幅度增加，狐光傳感器內(nèi)的感光元件就會把光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳給驅(qū)光單元或者主控單元。電領(lǐng)光保護系燒的感光范圍靈敏度可在弧光單元和主控單元進行測整。

封閉式母線系統(tǒng)中，在每個開關(guān)柜裝設(shè)一個驅(qū)光傳感器。在開故式母線系統(tǒng)中，強光傳感器的間隔約為5-6m。

(5）數(shù)線和光纖。

在主控單元和驅(qū)光單元或電造單元間的數(shù)據(jù)傳送是靠光纖和數(shù)據(jù)傳輸線來完成的。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(shù)據(jù)信息流的傳送則通過數(shù)據(jù)傳輸線來完成。

5電光保護系統(tǒng)應(yīng)用情況

這種新型電強光保護系統(tǒng)是一種原理簡單，動作快速可靠、保護覆蓋范圍廣、安裝維護方便的裝置，目前已有超過數(shù)百套該型電弧光保護系統(tǒng)在400V-20kV中低壓開關(guān)柜中投運，用戶遍及發(fā)電廠、變電站以及工業(yè)商業(yè)用戶等領(lǐng)域。產(chǎn)品運行情況及用戶反饋意見表明，該種電強光保護系統(tǒng)賴定可靠，能可靠地顯示故障位置、發(fā)出跳閘指令。

6安科瑞ARB5-M弧光保護產(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。

7安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

8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。

9結(jié)束語

隨著現(xiàn)代微機和光電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型母線保護原理和裝置不斷出現(xiàn)，為實現(xiàn)中低壓母線保護提供了各種解決方案。電強光保護作為一種針對中壓開關(guān)柜故障特性開發(fā)的母線保護系統(tǒng)，具有原拜簡單、動作可靠迅、對變電站一次設(shè)備無特球要求通應(yīng)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，為用戶提供了一個理想的中低壓母線保護解決方案。

參考文獻：

[1]張博.電弧光保護系統(tǒng)在中低壓母線保護中的應(yīng)用．

[2]段紹輝.10kV 高壓開關(guān)柜事故情況綜合分析.廣東省電機工程學會,1997

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