【摘要】：中低壓開(kāi)關(guān)柜作為電能生產(chǎn)與分配的基礎設施之一，使用量逐年增加，并且使用場(chǎng)合的復雜性也在增加。成套開(kāi)關(guān)設備中母線(xiàn)故障產(chǎn)生的弧光將燒壞其元器件,從而導致事故擴大,往往造成較大的經(jīng)濟損失,而母線(xiàn)弧光保護正好解決了這個(gè)難題，能夠很好的保護開(kāi)關(guān)設備并降低損失。

【關(guān)鍵詞】：中低壓開(kāi)關(guān)柜；母線(xiàn)故障；弧光保護

       弧光放電不僅會(huì )造成停電事故，還會(huì )造成設備性損壞和人身傷害，帶來(lái)不可估量的損失?；」夥烹娛鹿适侵械蛪洪_(kāi)關(guān)柜內嚴重的事故之一，本文就幾個(gè)方面來(lái)探討中低壓母線(xiàn)裝設弧光保護的必要性。

       我國電力發(fā)展建設已經(jīng)進(jìn)入大電網(wǎng)、大機組、壓輸電階段，并且對發(fā)電機組的容量要求越來(lái)越高，這對電力系統運行提出了更高的要求，因為單臺大機組的運行情況，會(huì )直接影響到整個(gè)電網(wǎng)的運行穩定性、性以及經(jīng)濟性。同時(shí)，發(fā)電廠(chǎng)的用電系統與運行，對發(fā)電機組的影響也越來(lái)越大。由此可以看出，如果中低壓母線(xiàn)出現故障，它會(huì )產(chǎn)生弧光，所產(chǎn)生的弧光對電力設備及人本身的影響大，會(huì )造成不同程度的損傷，有時(shí)還會(huì )引發(fā)“鏈式反應"。

       現行的繼電保護設計標準，是采用借助于上元件的后備過(guò)流的方法來(lái)保護，從而切除中低壓系統母線(xiàn)短路的問(wèn)題，這樣的做法存在弊端。電路故障應該在盡可能短的時(shí)間得到維修，而這類(lèi)保護方法會(huì )導致維修時(shí)間增長(cháng)，對設備也有一定的損傷。這些問(wèn)題如果沒(méi)有及時(shí)解決，還會(huì )引起不同程度的事故，輕則會(huì )發(fā)展為輸電網(wǎng)故障，重則會(huì )使電力系統出現整體性故障。

       中低壓電力系統在運行中發(fā)生的弧光故障事故，多是受到環(huán)境條件的影響，絕緣材料受潮、設備表面產(chǎn)生凝露和附著(zhù)污穢，從而使設備絕緣水平下降引發(fā)事故。

（1）弧光產(chǎn)生的技術(shù)原因

       設備故障和帶電設備的誤操作，檢修工具遺漏在開(kāi)關(guān)設備內，錯誤的接線(xiàn)和母線(xiàn)連接，絕緣老化和機械磨損、過(guò)電壓，小動(dòng)物、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境因素，容性接地電流擴大等。

（2）弧光產(chǎn)生的人為原因

       誤入帶電間隔，隔離開(kāi)關(guān)誤操作，忘記在工作區接地，忘記測量工作區內的高壓等。

除此之外，電力系統的迅速發(fā)展，電網(wǎng)的結構總是在不停地改變，用電負載在增多，從而導致電纜增多，電量超負荷，也容易導致故障發(fā)生。

       弧光產(chǎn)生的溫度可達4500℃，內部溫度甚至有10000～20000℃?；」猱a(chǎn)生時(shí)大瞬時(shí)功率可達到40MW，弧光光強可超過(guò)正常照明光強2000多倍。因此中低壓開(kāi)關(guān)柜內因故障而產(chǎn)生電弧時(shí)若不能及時(shí)采取有效措施，則會(huì )產(chǎn)生諸多危害。

       （1）對設備的危害：電弧發(fā)生時(shí)產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，氣體瞬時(shí)沖擊波可造成開(kāi)關(guān)柜體變形、破碎；沖擊波爆破震動(dòng)可造成開(kāi)關(guān)柜劇烈震動(dòng)，使各連接處緊固件松脫；產(chǎn)生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化，甚至將開(kāi)關(guān)柜外殼金屬融化、元器件嚴重損壞并引起火災。

       （2）對人的危害：高溫灼傷皮膚；熔化的金屬蒸發(fā)并滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化；高強度弧光傷害眼睛，甚至造成角膜脫落；高溫燃燒產(chǎn)生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統；弧光電流作用于人體可使肌肉產(chǎn)生非自主劇烈收縮，也可損傷肌腱、皮膚、血管、神經(jīng)組織等。

       電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數規律快速上升，其不僅與故障電流的大小有關(guān)，還與燃弧時(shí)間有關(guān)。根據故障點(diǎn)的不同，通常情況下故障短路電流會(huì )在幾千安至幾萬(wàn)安，故障若不能及時(shí)切除以熄滅電弧，則會(huì )產(chǎn)生巨大能量?？傊?，開(kāi)關(guān)柜發(fā)生內部電弧故障，不論是對開(kāi)發(fā)設備還是對附近的工作人員，其危險性不可謂不嚴重。

圖1 電弧能量-時(shí)間曲線(xiàn)

       傳統母線(xiàn)保護方案有如下幾種。

（1）進(jìn)線(xiàn)過(guò)流保護方案

       利用微機過(guò)流保護實(shí)現中低壓開(kāi)關(guān)柜及其母線(xiàn)保護方案。過(guò)流保護動(dòng)作時(shí)間需與各饋線(xiàn)過(guò)流保護時(shí)間配合，至少在300 ms 以上，動(dòng)作時(shí)間不能滿(mǎn)足快速切除弧光短路故障的要求。

（2）變壓器后備過(guò)流保護方案:

       該方案是目前應用廣泛的中低壓母線(xiàn)保護方案，保護跳閘時(shí)間一般整定為1. 2 ～ 2. 0 s，更加不能滿(mǎn)足快速切除中低壓母線(xiàn)和線(xiàn)路故障的要求。

（3）環(huán)流原理的高阻抗母線(xiàn)保護方案:

       該方案是專(zhuān)用的母線(xiàn)保護方案，保護動(dòng)作時(shí)間一般為35 ～ 60 ms。但是這種方案接線(xiàn)復雜、對CT 要求高，安裝在中低壓開(kāi)關(guān)柜有很多困難，也不經(jīng)濟。此外，由于其保護范圍受到CT 安裝位置的限制，不能保護發(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，因此其實(shí)用性差。

       弧光保護專(zhuān)門(mén)用于來(lái)保護中低壓開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)，它的動(dòng)作時(shí)間快，相比于傳統的保護系統，更具*性，它采用弧光和電流閉鎖的方法來(lái)進(jìn)行雙重判斷，增加了可靠性和性。它在發(fā)生故障時(shí)，能準確地定位，可減少維修人員查找故障點(diǎn)的時(shí)間，大大減短了維修時(shí)間，從而保障事故檢修之后快速恢復供電。

       安科瑞ARB5系列弧光保護裝置具有原理簡(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保護不需要切換等優(yōu)點(diǎn)，為目前發(fā)電廠(chǎng)、變電站、工業(yè)及商業(yè)配電系統0.4kV - 35kV中低壓母線(xiàn)保護理想的解決方案。它通過(guò)弧光+電流雙重判據或弧光單判據啟動(dòng)保護，其弧光單判據動(dòng)作時(shí)間≤7ms；弧光+電流雙判據動(dòng)作時(shí)間≤20ms，為快速切除中低壓弧光故障提供了技術(shù)支持。

圖2 ARB5弧光保護邏輯原理圖

       ARB5弧光保護還具有失靈保護、CT監測、弧光故障點(diǎn)定位、弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢、支持包括IEC61850在內的主要行業(yè)內通訊協(xié)議等功能。

圖3 ARB5弧光保護典型配置圖

       安科瑞ARB5系列弧光保護裝置廣泛應用于中低壓開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)保護。

（1）某機場(chǎng)10kV開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)弧光保護

圖4 某機場(chǎng)10kV開(kāi)關(guān)柜ARB5弧光保護安裝圖

（2）某工廠(chǎng)0.4kV開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)弧光保護 

圖5 某工廠(chǎng)0.4kV開(kāi)關(guān)柜ARB5弧光保護安裝圖

       中低壓系統母線(xiàn)的保護，不僅需要、熟練地掌握技術(shù)，還需要一些保護系統來(lái)協(xié)調配合完成，而弧光保護作為一個(gè)理想的解決方法，可以有效地解除故障，減少設備維護的次數，提高電力系統的經(jīng)濟效益，提高電力系統的性和可靠性。

[1].王新恒.中低壓系統母線(xiàn)裝設弧光保護的必要性分析

[2].李鷹洲.電弧光保護系統在中低壓開(kāi)關(guān)柜中的應用

[3].王良毅，盧睿，曾治安.弧光保護在10kV開(kāi)關(guān)柜中的應用

[4].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版