摘要：闡述了弧光保護在變電站10kV高壓室的有效應用，通過(guò)比較兩種應用、兩種保護方式，提出電弧光保護應用的模式。電弧光保護作為開(kāi)關(guān)柜內母線(xiàn)的主保護，能夠數毫秒級切斷故障，有效地保護變壓器不受損傷，減輕故障設備的損壞程度。由于電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開(kāi)關(guān)柜事故更多，而原來(lái)電弧光保護僅能保護母線(xiàn)橋（包括母線(xiàn)室），通過(guò)擴展電弧光保護的保護范圍，在電纜頭爆炸后在短時(shí)間內將饋線(xiàn)柜斷路器切斷，成為我們在改造實(shí)踐中完成的重要改進(jìn)。

關(guān)鍵詞:弧光；保護；快速；實(shí)踐；改進(jìn)

0前言

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，人為和操作錯誤等原因，中低壓母線(xiàn)的故障幾率比高壓、超高壓母線(xiàn)高得多。

中低壓母線(xiàn)在發(fā)生短路故障時(shí)產(chǎn)生的電弧光對設備及人員造成大傷害，有可能引發(fā)連鎖事故。由于我國現行的繼電保護設計標準中35kV及以下電壓等級的母線(xiàn)由于沒(méi)有穩定問(wèn)題，在中低壓母線(xiàn)系統一般不配置專(zhuān)用的母線(xiàn)保護，而是依賴(lài)上一級元件（變壓器）的后備過(guò)流保護來(lái)切除母線(xiàn)短路故障，由于變壓器后備不會(huì )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)作速度很顯然是遠遠不能滿(mǎn)足快速切除中壓母線(xiàn)故障要求的，導致了故障切除時(shí)間延長(cháng)，加大了設備的損傷程度。

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，迫切需要配置專(zhuān)用中低壓母線(xiàn)保護。而電弧光保護作為母線(xiàn)故障短路是我們進(jìn)行應用的有效選擇。

1保護原理

電弧光保護在110kV華藏寺變電站的應用實(shí)踐，當時(shí)僅作為10kV母線(xiàn)短路故障起弧的快速保護，其10kV系統為單母線(xiàn)分段帶旁路接線(xiàn)，保護原理如下。

(1)當母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，兩段母線(xiàn)單獨運行，甲段母線(xiàn)發(fā)生弧光，同時(shí)電流單元采集到過(guò)流信號，主控單元出口跳開(kāi)甲段進(jìn)線(xiàn)電源斷路器，同時(shí)閉鎖母聯(lián)開(kāi)關(guān)備自投。乙段和甲段保護原理相同。

(2)當乙段進(jìn)線(xiàn)電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)合上，兩段母線(xiàn)都由甲進(jìn)線(xiàn)電源開(kāi)關(guān)供電：

a.當甲母線(xiàn)發(fā)生弧光，同時(shí)電流單元采集到甲進(jìn)線(xiàn)電源過(guò)流信號，主控單元出口跳開(kāi)甲段進(jìn)線(xiàn)電源斷路器；

b.當乙母線(xiàn)發(fā)生弧光，同時(shí)電流單元采集到甲進(jìn)線(xiàn)電源過(guò)流信號，主控單元出口跳開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷路器。甲乙兩段母線(xiàn)由乙段進(jìn)線(xiàn)電源開(kāi)關(guān)供電，原理同電弧光保護在110kV華藏寺變電站的應用實(shí)踐，當時(shí)僅作為10kV母線(xiàn)短路故障起弧的快速保護，其10kV系統為單母線(xiàn)分段帶旁路接線(xiàn)，保護原理如下。

電弧光保護裝置動(dòng)作邏輯如下：通過(guò)光帶傳感器對母線(xiàn)室進(jìn)行弧光探測并傳輸到主控單元。為保證不出現誤動(dòng)作造成母線(xiàn)電源失電，在母線(xiàn)室采用雙光帶探測技術(shù)，雙光帶傳感器“與"門(mén)輸出弧光信號后和過(guò)電流信號再“與"門(mén)輸出跳閘信號，電流信號取自進(jìn)線(xiàn)電源101或102電流。只有當兩個(gè)電弧光信號和一個(gè)電流信號同時(shí)出現時(shí)，輸出跳閘信號。其他情況下不能誤動(dòng)作。

110kV華藏變電弧保護能夠有效地保護母線(xiàn)室和斷路器室上側母排短路，其配置原則是一段母線(xiàn)配置一套，進(jìn)行電源開(kāi)關(guān)柜作為該系統的一個(gè)監測點(diǎn)。事故狀態(tài)下，直接切斷該段母線(xiàn)的電源。

但在實(shí)際運行中，由于電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開(kāi)關(guān)柜事故很多。因此，如何能在電纜頭爆炸后在短時(shí)間內將該臺開(kāi)關(guān)柜的斷路器切斷成為了弧光綜合保護裝置應該而且必須做到的功能，我們通過(guò)設計更改，在110kV裴家營(yíng)變進(jìn)行了有益的探索實(shí)踐。

2應用實(shí)踐

電弧光保護作為10kV饋線(xiàn)柜及電源柜、母線(xiàn)室主保護，在110kV裴家營(yíng)變的應用實(shí)踐：

在每一臺饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜（包括該段母線(xiàn)的電源進(jìn)線(xiàn)柜）上安裝一臺弧光綜合保護裝置，將該饋線(xiàn)柜的電纜室和開(kāi)關(guān)室作為獨立的弧光監測點(diǎn)。每臺裝置獨立運行和聯(lián)合運行相結合，實(shí)現獨立跳開(kāi)事故饋線(xiàn)柜的功能。而母線(xiàn)不用停電?；」獗Ｗo的另一個(gè)判據，電流信號則取自該臺饋線(xiàn)柜自帶的電流互感器。跳閘信號的輸出則直接作用于該臺饋線(xiàn)柜的控制回路。

對跳閘接口T1、對跳閘接口T2，是弧光＋過(guò)電流跳閘輸出，小于7ms動(dòng)作出口，切斷饋出線(xiàn)電源并閉鎖出線(xiàn)重合閘。第三對跳閘接口T3、第四對跳閘接口T4，是過(guò)電流延時(shí)跳閘輸出，延時(shí)600ms，在開(kāi)關(guān)柜側還沒(méi)有出現弧光的情況下，通過(guò)延時(shí)發(fā)出跳閘信號，作為饋線(xiàn)柜的二級過(guò)流保護。

弧光綜合保護裝置同時(shí)具用母線(xiàn)保護功能的設計，通過(guò)光帶傳感器對母線(xiàn)室進(jìn)行弧光探測并傳輸到主控單元。為保證不出現誤動(dòng)作造成母線(xiàn)電源失電，弧光探測采用雙光帶傳感器“與"門(mén)輸出弧光信號后和過(guò)電流信號再“與"門(mén)輸出跳閘信號。此時(shí)，跳閘出口1、2小于7ms作用于跳開(kāi)進(jìn)線(xiàn)柜和母聯(lián)開(kāi)關(guān)柜，跳閘出口3、4延時(shí)600ms，在進(jìn)線(xiàn)柜或母線(xiàn)室沒(méi)有出現弧光的情況下，通過(guò)延時(shí)發(fā)出跳閘信號，作為進(jìn)線(xiàn)電源的二級過(guò)流保護。 弧光綜合保護系統配置簡(jiǎn)單，每個(gè)饋線(xiàn)柜和電源進(jìn)線(xiàn)柜配置一臺即可。采用可編程的邏輯跳閘保護功能，實(shí)現饋線(xiàn)柜保護和母線(xiàn)柜保護的不同需要。實(shí)現獨立跳開(kāi)事故饋線(xiàn)柜的功能，大大降低了電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開(kāi)關(guān)柜事故對主變壓器的沖擊損傷和開(kāi)關(guān)柜室的電弧損傷。

3安科瑞弧光保護產(chǎn)品選型方案

3.1概述

中低壓母線(xiàn)發(fā)生短路故障時(shí)，所產(chǎn)生的電弧光對設備及人員會(huì )造成很大的傷害。在電力系統中，由于設備故障、人為地錯誤操作或錯誤接線(xiàn)、絕緣材料老化和機械磨損、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境因素、電纜接頭制作不良、過(guò)電壓、其他原因如動(dòng)物鼠害等可能在開(kāi)關(guān)設備內造成短路故障并產(chǎn)生電弧光。

電弧光一旦產(chǎn)生，其危害程度取決于電弧光電流及切除時(shí)間，電弧產(chǎn)生的能量與12t成指數規律快速上升。只有在短時(shí)間內切除故障才能使設備不遭受損害。若總切除時(shí)間大于100ms，輕則設備局部燒損，重則造成開(kāi)光柜爆炸以及人員傷亡，有的可能引發(fā)火災。

安科瑞ARB5系列弧光保護裝置外觀(guān)時(shí)尚、大屏幕液晶顯示，圖形化多語(yǔ)言菜單，操作快捷方便;具有強大的功能集成:集保、測量、控制、監測、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能于一體,準確實(shí)時(shí)監測弧光信號，保護電流，適用于中低級電網(wǎng)的弧光故障迅速切除裝置。

3.2應用場(chǎng)所

適用于石油化工、數據中心、電網(wǎng)電廠(chǎng)、機場(chǎng)軌道交通、醫療公共設施等行業(yè)。

3.3安科瑞ARB5弧光保護產(chǎn)品選型說(shuō)明

ARB5系列弧光保護裝置由ARB5-M主控單元、ARB5-E擴展單元、ARB5-S弧光探頭、等配件構成。

ARB5-M弧光主控單元

注：1、*表示可選附件。

2、主控板和采集板數量之和不能大于4。

3、弧光探頭到采集板的長(cháng)度不能超過(guò)20米。

4、如有特殊要求，請特別注明。

3.4安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數

3.5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現場(chǎng)安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下：

4結束語(yǔ)

現代電力系統的發(fā)展，配電網(wǎng)容量的逐漸增大，中低壓母線(xiàn)故障對電力系統安全運行的影響越來(lái)越嚴重。它不僅使中壓開(kāi)關(guān)設備嚴重燒毀，造成“火燒連營(yíng)"事故；而且可能損壞昂貴的變壓器，造成十分嚴重的經(jīng)濟損失，因此非常有必要安裝電弧光保護。此外，電弧光保護的應用不能按照國外初設計模式，僅僅保護母線(xiàn)橋自身弧光短路，應用實(shí)踐中要積改進(jìn)，既作為中低壓母線(xiàn)保護又成為饋線(xiàn)側弧光短路的快速保護神。

參考文獻

[1]王德志,張愛(ài)萍.電弧光保護在應用實(shí)踐中的改進(jìn)[J].2009-37(24).

[2].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.