韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文介紹了電弧光保護在水電站的配置及應用，提供給相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：水電站；開(kāi)關(guān)柜；電弧光

0前言

電弧光是由于發(fā)生相間短路或接地短路時(shí)空氣電離而形成的。在我國電力系統中開(kāi)關(guān)柜內部電弧光故障時(shí)有發(fā)生，而一旦發(fā)生弧光故障將對人身及設備會(huì )帶來(lái)大的損害。

水輪發(fā)電機組出口母線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜是水電站發(fā)電的重要輸電樞紐。在發(fā)生內部故障時(shí)，是否能迅速地切除故障，對電站的生產(chǎn)至關(guān)重要。因為國標《電力裝置的繼電保護和自動(dòng)裝置設計規范》(GB50062)及現行的電力行業(yè)規程規范未對6KV(10KV)母線(xiàn)保護作明確規定，因此水電站發(fā)電機出口母線(xiàn)一般未配置專(zhuān)用的快速母線(xiàn)保護，針對目前水電站中壓母線(xiàn)保護配置的現狀，非常有必要增設快速保護。國內一些專(zhuān)家也一直強調裝設專(zhuān)用中低壓母線(xiàn)保護的重要性，用戶(hù)也希望可以提供一種造價(jià)較低，原理簡(jiǎn)單、適用于6-35KV的母線(xiàn)保護，以大限度減少母線(xiàn)故障對設備的損害，提高輸電可靠性。

1配置弧光保護的必要性

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，也未發(fā)現先進(jìn)合理的解決方案，因此，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，往往使故障被發(fā)展、擴大，從而造成巨大的經(jīng)濟損失。究其原因大多是因為沒(méi)有裝設中低壓母線(xiàn)保護，未能快速切除故障所造成。所以，為了保證變壓器及母線(xiàn)開(kāi)關(guān)設備的運行，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。

在這種情況下，電弧光保護成為了廣大水電站用戶(hù)中低壓母線(xiàn)保護的理想選擇。專(zhuān)用母線(xiàn)電弧光保護不僅動(dòng)作速度快，可靠性高而且與其它專(zhuān)用母線(xiàn)保護相比具有價(jià)格優(yōu)勢。

我國于2004年開(kāi)始使用進(jìn)口專(zhuān)用母線(xiàn)電弧光保護，目前電力系統，尤其是發(fā)電系統，

約70-80的新建電廠(chǎng)均采用了專(zhuān)用母線(xiàn)電弧光保護。

2采用專(zhuān)用母線(xiàn)電弧光保護的好處

由于光電式電弧光保護系統測量的光和電是兩個(gè)不同物理性質(zhì)的參數，采用光信號，故障電流信號雙判據的動(dòng)作原理決定了他的誤動(dòng)率要比系統中其他主保護(包括發(fā)電機，變壓器、線(xiàn)路)誤動(dòng)概率要小，既能保障高壓開(kāi)柜運行，又不會(huì )影響電站正常生產(chǎn)。

采用專(zhuān)用母線(xiàn)電弧光保護具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）保護附近工作人員免受電弧光對人身的傷害。

2）保護中低壓設備免受?chē)乐仄茐?，防止火災發(fā)生。

3）保護主變壓器或者廠(chǎng)用變壓器免受?chē)乐貨_擊而損環(huán)。

4）防止波及站用直流系統，避免造成巨大的經(jīng)濟損失。

5）大限度地減少用戶(hù)的停電時(shí)間(用戶(hù)停電恢復時(shí)間，由原來(lái)的2-3個(gè)星期減少到幾個(gè)小時(shí)以?xún)龋?/p>

6）延長(cháng)現有開(kāi)關(guān)設備的使用壽命。

3水電站電弧光保護系統的配置方案

3．1電弧光保護系統配置

電弧光保護系統一般由主單元、擴展單元及電弧光傳感器組成，由于采用弧光傳感器檢測電弧光，并通過(guò)高速固態(tài)出口輸出斷路器跳閘信號，該系統對電弧光的反應速度從檢測到電弧光到發(fā)出跳閘信號快時(shí)間不超過(guò)7毫秒。

電弧光系統的保護動(dòng)作機制：傳感器在檢測到母線(xiàn)弧光故障后，將弧光信號傳送給擴展單元，然后擴展單元通過(guò)總線(xiàn)將信號再傳遞給主單元。主單元在收到信號后，將向斷路器發(fā)出跳閘信號將進(jìn)線(xiàn)斷路器跳聞，從而電弧光的發(fā)展。

當傳感器檢測到電纜室的弧光故障時(shí)，擴展單元可直接跳本柜的斷路器，而不會(huì )影響到進(jìn)線(xiàn)。

3．2電氣原理方案

1）正常情況下，裝置自檢、弧光傳感器自檢，如果發(fā)現弧光故障，均能給出弧光故障信息，同時(shí)，如果是裝置故障，將閉鎖跳閘出口，避免誤動(dòng)作；此信號可由一個(gè)告警節點(diǎn)輸出至告警小母線(xiàn)或信號采集裝置。

2)母線(xiàn)因故產(chǎn)生電弧光，相應母線(xiàn)室的弧光傳感器檢測到弧光后，將信號上傳到擴展單元。

3）若為母線(xiàn)分段運行，各主單元在收到弧光信號的同時(shí)，比較自身采集到的電流信號?；」夂碗娏骶鶟M(mǎn)足判據，則為本段母線(xiàn)發(fā)生弧光，發(fā)出跳閘信號，本段進(jìn)線(xiàn)斷路器跳閘，從而熄滅電弧，同時(shí)給出跳閘信號。

4）如果電纜室發(fā)生弧光故障，則相應的擴展單元動(dòng)作，跳相應的本柜斷路器。

5）若為單進(jìn)線(xiàn)運行帶I、Ⅱ段母線(xiàn)，各母線(xiàn)的主單元收到弧光信號的同時(shí)，立即將弧光信號同步轉發(fā)至另外一個(gè)主單元。則工作進(jìn)線(xiàn)的主單元收到弧光信號(本段傳來(lái)信號或者另一臺主單元轉發(fā)),且電流滿(mǎn)足條件，則發(fā)出跳閘信號，跳開(kāi)分段斷路器，從而熄滅電弧，同時(shí)給出跳間信號，并保證其它母線(xiàn)正常運行。

6）失靈保護：若母聯(lián)斷路器失靈，則啟動(dòng)失靈保護跳低壓側進(jìn)線(xiàn)；若低壓側進(jìn)線(xiàn)失靈，則啟動(dòng)失靈保護跳高壓側斷路器。

7）若各段母線(xiàn)的主單元退出運行，則該段弧光保護退出。

4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。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數

6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。

7結束語(yǔ)

隨著(zhù)人們對電弧光故障的進(jìn)一步研究和認識，許多水電站已開(kāi)始應用電弧光保護系統，像我公司設計的斜卡水電站、撒多水電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜均配置了電弧光保護。

我們建議水電站35kV以下母線(xiàn)增設電弧光保護系統作為母線(xiàn)主保護，從而彌補目前只有母線(xiàn)后備保護的技術(shù)缺陷。減少或避免開(kāi)關(guān)柜內部電弧光故障帶來(lái)的人身傷害，提高生產(chǎn)率：使開(kāi)關(guān)及變壓器等主要設備損失降到低，在短時(shí)間內恢復生產(chǎn)；為水電站“無(wú)人值班、少人值守"生產(chǎn)模式提供必要的保障。

參考文獻：

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[5]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