韓歡慶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：結合工程實(shí)際介紹了電弧光的定義及危害、電弧光保護系統的構成及控制原理。
關(guān)鍵詞：電弧光；危害；保護；控制；原理
0引言
電弧光現象是兩相之間或相地之問(wèn)因電離加劇引起空氣導電的現象?；」夥烹姷臈l件是小間隙和大電流。
弧光點(diǎn)溫度發(fā)生電弧白光時(shí)，是太陽(yáng)表面溫度的2倍；弧光的照度達8000～9000lx，而人眼能承受光強為300lx以下；弧光爆破壓達120kPa，而人體能承受的壓力為7．5kPa；弧光燃燒帶來(lái)強烈的聲響和震動(dòng)，也超過(guò)人體能承受的。電弧光引起的事故對人員和設備都會(huì )造成很大的危害。
電氣短路引起電弧燃燒在配電系統開(kāi)關(guān)柜中一旦發(fā)生，就會(huì )引起諸如爆炸、燃燒等較大的設備材料損毀，危害電力系統運行的和穩定，還會(huì )對人員造成很大危害。
1裝設電弧光保護的必要性
1．1電力工業(yè)發(fā)展的需要
一方面，隨著(zhù)國家電力工業(yè)的快速發(fā)展，中低壓開(kāi)關(guān)柜的應用數量越來(lái)越多，由于開(kāi)關(guān)柜弧光短路故障引發(fā)的中低壓母線(xiàn)故障時(shí)有發(fā)生，并且也發(fā)生過(guò)主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故，經(jīng)濟損失嚴重；另一方面，用戶(hù)對供電的可靠性要求也越來(lái)越高；因此，在中低壓開(kāi)關(guān)柜裝設專(zhuān)用快速母線(xiàn)保護——電弧光保護是有必的。
1．2開(kāi)關(guān)柜內部燃弧耐受時(shí)間的需求
當開(kāi)關(guān)柜內部弧光短路故障時(shí)，IEC298標準附錄中規定的內部燃弧時(shí)間是100ms，也就是說(shuō)開(kāi)關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時(shí)問(wèn)，即保護動(dòng)作和斷路器切除故障的時(shí)間之和應小于100inS，此時(shí)才能達到保護開(kāi)關(guān)柜的目的。目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的開(kāi)關(guān)柜基本上是按照1EC298標準生產(chǎn)的，即開(kāi)關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時(shí)間為100ms。表1為國外對各種燃弧持續時(shí)間下設備損害程度的試驗結果。
表1不同燃弧持續時(shí)間下對設備造成的損壞
1．3變壓器動(dòng)穩定時(shí)間及中低壓母線(xiàn)保護動(dòng)作時(shí)間的要求
國標規定的110kV及以電壓等級的變壓器的熱穩定允許叫‘問(wèn)為2S，動(dòng)穩定時(shí)間為0．25S。但實(shí)際上，在低壓側出口短路故障時(shí)，過(guò)流后備保護切除動(dòng)作時(shí)間往往在2S以上，距變壓器的動(dòng)穩定時(shí)間要求0．25S相差甚遠，這也是造成變壓器損壞的重要原因。
1．4現有的中低壓母線(xiàn)保護方式及存在的問(wèn)題
1．4．1變壓器后備過(guò)流保護
這是目前國內應用*廣泛的中低壓母線(xiàn)保護方式。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)間一般摯定為1．0～1．4S，有的甚至更長(cháng)，達2．0S以上。這一動(dòng)作時(shí)間遠遠不能滿(mǎn)足快速切除中低壓母線(xiàn)故障的要求。
1．4．2饋線(xiàn)過(guò)流閉鎖變壓器過(guò)流保護
近年來(lái)采用饋線(xiàn)過(guò)流閉鎖變壓器過(guò)流保護的應用較為廣泛，與變壓器后備過(guò)流保護方式相比，其動(dòng)作速度有了一定的提高，典型動(dòng)作時(shí)間為300～400InS。但仍難以在100ms以?xún)惹谐收稀?/div>
1．4．3采用環(huán)流原理的高阻抗母線(xiàn)保護
這種保護方式典型的保護動(dòng)作時(shí)間為35～60IllS?？紤]到斷路器的分閘時(shí)間，這一動(dòng)作速度對要求100ins以?xún)惹谐收蟻?lái)說(shuō)，常常也不能滿(mǎn)足要求。并且這種保護方式的接線(xiàn)復雜，對TA的質(zhì)量要求高，安裝在有很多出線(xiàn)的6～35kV母線(xiàn)上非常困難，也不經(jīng)濟。此外，由于其保護范圍受到TA安裝位置的限制，不能保護到發(fā)生故障兒率較高的電纜室電纜接頭處的故障，因此，并不適合應用于中低』上母線(xiàn)保護。
從實(shí)際應用情況來(lái)看，現有的保護方式顯然不能滿(mǎn)足快速切除母線(xiàn)故障或保護覆蓋范圍的要求，因此，在中低壓母線(xiàn)和開(kāi)關(guān)柜裝設一種快速的母線(xiàn)保護是必要的，也足迫切的。
2電弧光母線(xiàn)保護系統的應用
剛果(金)也稱(chēng)剛果民主共和國，地處非洲大陸中部，ZONGOⅡ水電站是剛果民主共和國的水電站，當地電廠(chǎng)技術(shù)人員運行水平較低，因此ZONGOⅡ水電站廠(chǎng)用電10kV設計電弧光保護是非常有必要的。
2．1保護對象
保護對象是該電站廠(chǎng)用電10kVI、Ⅱ、Ⅲ段母線(xiàn)。整套系統由主單元、輔助單元和弧光傳感器連接電纜組成。在每個(gè)開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)室內安裝1個(gè)弧光傳感器，在母聯(lián)斷路器和母聯(lián)隔離車(chē)安裝1個(gè)弧光傳感器，在母線(xiàn)橋加裝1個(gè)弧光傳感器，在TV柜內安裝1個(gè)弧光傳感器，通過(guò)弧光傳感器把采到的弧光信號傳送給主單元。
2．2電弧光母線(xiàn)保護原理
電弧光保護原理很簡(jiǎn)單，主要動(dòng)作依據為故障產(chǎn)生的2個(gè)不同因素：弧光及電流增量。當同時(shí)檢測到弧光和電流增量時(shí)發(fā)出跳閘命令。也就是說(shuō)，當系統發(fā)生故障時(shí)，弧光傳感器將弧光信號轉化為電信號傳給主單元，主單元檢測電流信號，如果達到啟動(dòng)值即發(fā)出跳閘信號。主單元裝置動(dòng)作時(shí)間為5—7ms，斷路器動(dòng)作時(shí)間為35～60ms，可以在100ms以?xún)惹谐收稀?/div>
當弧光傳感器采集到弧光信號、主單元采集到進(jìn)線(xiàn)過(guò)流信號時(shí)，將啟動(dòng)跳閘繼電器跳開(kāi)進(jìn)線(xiàn)斷路器，同時(shí)將動(dòng)作信號(硬接點(diǎn))傳遞給后臺監控系統。系統擁有完善的自檢功能，能實(shí)時(shí)在線(xiàn)自檢，系統自檢告警信息可以在裝置上看到，也可通過(guò)主單元的告警繼電器送到后臺。當任意一段母線(xiàn)出現故障時(shí)，都只會(huì )跳開(kāi)該段母線(xiàn)的進(jìn)線(xiàn)斷路器，其他段母線(xiàn)仍會(huì )正常運行。
在母聯(lián)開(kāi)關(guān)運行時(shí)，跳開(kāi)故障母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)斷路器和母聯(lián)斷路器。其中弧光判據的啟動(dòng)條件為：光強度超過(guò)80001x，電流超過(guò)負荷電流。
2．3電弧光母線(xiàn)保護系統結構
電弧光保護系統結構如圖所示，由主單元、輔助單元、弧光傳感器和連接電纜構成。
2．3．1主單元
主單元通過(guò)檢測短路電流和來(lái)自弧光傳感器的動(dòng)作信息，并對收集的數據進(jìn)行處理、判斷，發(fā)出跳閘信號以切除故障。該系統在同時(shí)檢測到弧光和過(guò)流時(shí)發(fā)出跳閘指令。在進(jìn)線(xiàn)斷路器未能動(dòng)作切除故障時(shí)，它將啟動(dòng)斷路器失靈保護邏輯，發(fā)出跳閘指令給上級斷路器切除故障。此外，主單元根據弧光傳感器送來(lái)的動(dòng)作信息和溫度傳感器測量的溫度，提供弧光故障點(diǎn)的定位和溫度報警信息。
2．3．2弧光傳感器
弧光傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜各間隔室中，對各種接線(xiàn)的中壓開(kāi)關(guān)柜提供有選擇性的保護?；」鈧鞲衅髯鳛楣飧袘?，將檢測在發(fā)生弧光故障時(shí)突然增加的光強，并將光信號轉換成電流信號傳送給主單元，一般它作為弧光保護系統中的主要故障判據。
3安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說(shuō)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。
4安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數
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。
6結論
電弧光保護是電氣保護一個(gè)新的分支，快速感光和過(guò)電流的邏輯配合使其*性表現更為突出。電弧光保護具有保護邏輯簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)，現場(chǎng)安裝、調試方便靈活，是常規繼電保護的一個(gè)有效的補充。隨著(zhù)電弧光保護在市場(chǎng)上日益廣泛使用，產(chǎn)品價(jià)格也逐漸走低，更多的領(lǐng)域已經(jīng)能享受到先進(jìn)技術(shù)帶來(lái)的好處。剛果(金)ZONGOⅡ，水電站廠(chǎng)用電1OkV開(kāi)關(guān)柜內采用電弧光保護設備，設備已經(jīng)安裝調試完畢，使用效果良好。
參考文獻：
[1]胡 楠，國 佳.剛果(金 )ZONGOⅡ電站中壓開(kāi)關(guān)柜電弧光保護的應用[M]
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5（版）.
作者簡(jiǎn)介：
韓歡慶，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護及絕緣監測系統
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