韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：介紹一種快速而的電弧光保護系統及電弧光保護的工作原理，系統結構，并就某110kV變電站安裝的10kV母線(xiàn)電弧光保護系統的現場(chǎng)工程應用展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：中低壓；母線(xiàn)故障；母線(xiàn)保護；電弧光保護

0前言

目前，電力系統中除了220kV及以上電壓等級變電站的低壓側母線(xiàn)按要求裝設母線(xiàn)保護外,110kV及以下電壓等級變電站的35kV及以下電壓等級的母線(xiàn)并沒(méi)有裝設母線(xiàn)保護。由于各種原因,中低壓母線(xiàn)的故障幾率相當高,但是長(cháng)期以來(lái),一旦母線(xiàn)上有故障,只能由帶有較長(cháng)延時(shí)的后備保護來(lái)切除中低壓母線(xiàn)故障,無(wú)法快速切除母線(xiàn)故障。所以經(jīng)常出現因為中低壓母線(xiàn)故障持續時(shí)間過(guò)長(cháng)而導致故障擴大,開(kāi)關(guān)柜內的母排及其他設備燒毀,甚至發(fā)生爆炸的情況,危及臨近設備及人員的。統計數據顯示,主變外部斷路器故障產(chǎn)生的電動(dòng)力易使主變繞組變形而損壞,造成巨大的經(jīng)濟損失并嚴重威脅電力系統的穩定運行。為保護變壓器及母線(xiàn)設備的穩定運行,降低母線(xiàn)故障時(shí)設備的受損程度,電力系統迫切需要一個(gè)經(jīng)濟、可靠的中低壓母線(xiàn)保護解決方案。而在眾多的備選方案中,電弧光保護系統是一個(gè)理想的解決方案。

1電弧光保護工作原理

母線(xiàn)設備發(fā)生故障時(shí)將出現大電流并產(chǎn)生高達數萬(wàn)勒克斯的弧光,電弧光保護根據故障時(shí)產(chǎn)生的弧光及大電流來(lái)實(shí)現保護功能。電弧光保護通過(guò)弧光探頭或者弧光傳感器來(lái)檢測弧光,同時(shí)通過(guò)一個(gè)過(guò)流元件來(lái)檢測電流,當檢測到弧光信號且過(guò)流元件動(dòng)作時(shí),保護動(dòng)作并發(fā)出跳閘命令切除其所保護母線(xiàn)的電源進(jìn)線(xiàn)和該母線(xiàn)上的母聯(lián)斷路器,隔離故障點(diǎn),同時(shí)發(fā)出保護動(dòng)作信號并對故障點(diǎn)進(jìn)行定位,原理見(jiàn)圖1。

2電弧光保護系統的構成

電弧光保護系統由單元、擴展單元、弧光傳感器和弧光探頭通過(guò)光纖或網(wǎng)線(xiàn)相互連接構成,電弧光保護系統結構見(jiàn)圖2。一套電弧光保護系統保護一段母線(xiàn),每套電弧光保護系統由一個(gè)單元、若干個(gè)擴展單元和若干個(gè)弧光探頭組成。兩段母線(xiàn)的電弧光保護系統之間通過(guò)光纖相互連接各自的單元進(jìn)行通訊,相互傳遞光信號、過(guò)流信號及跳閘信號。單元與擴展單元之間通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接,單元通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)向擴展單元提供工作電源并接受來(lái)自于擴展單元的信號。擴展單元通過(guò)光纖與安裝在各個(gè)斷路器間隔內的弧光探頭連接。同一段母線(xiàn)上的多個(gè)擴展單元之間通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)鏈接，由此實(shí)現通訊并獲取工作電源。

2．1單元

單元是電弧光保護系統的核心元件,主要實(shí)現保護及通訊功能,其主要由電流監視元件和光信號檢測元件組成。電流監視元件可選擇使用三相過(guò)流判據或兩相過(guò)流判據和零序過(guò)流判據來(lái)實(shí)現過(guò)流保護,當電流大于過(guò)流定值時(shí)過(guò)流元件瞬時(shí)動(dòng)作。光信號檢測元件檢測擴展單元上傳的弧光動(dòng)作信號,收到該信號就判定為出現弧光。

2．2擴展單元

擴展單元主要用于增加弧光探頭的接口數量,其內部的光檢測元件對弧光探頭捕獲的光經(jīng)放大后與預選參考電平比較,如果光電平超過(guò)預設參考電平時(shí),就判定為出現弧光,然后向單元發(fā)出弧光動(dòng)作信號。擴展單元通過(guò)光纖與弧光探頭連接,確?；」庑盘栐趥鬏斶^(guò)程中弧光強度的衰耗。

3應用實(shí)例

在某110kV變電站10kV兩段母線(xiàn)各裝設一套電弧光保護系統,兩段10kV母線(xiàn)通過(guò)母聯(lián)斷路器連接,10kV電氣主接線(xiàn)及安裝的兩套電弧光保護系統結構見(jiàn)圖3。

3．1保護判據的采集

為實(shí)現電弧光保護系統的功能,過(guò)流元件采集主變10kV側電流,且采用的電流繞組與主變10kV側后備保護所用電流繞組為同組;弧光信號由擴展單元向單元提供,擴展單元通過(guò)光纖采集安裝于空氣絕緣鎧裝開(kāi)關(guān)柜的每個(gè)斷路器間隔母線(xiàn)室內的弧光探頭傳來(lái)的弧光信號。

3．2電弧光保護系統定值設置

1)對保護動(dòng)作條件進(jìn)行整定,保護動(dòng)作條件可選擇只要光信號而不需要過(guò)流信號或者同時(shí)需要光信號和過(guò)流信號。因電弧光保護系統動(dòng)作將使一段母線(xiàn)失電,為防止保護誤動(dòng),保護動(dòng)作條件設置為同時(shí)需要光信號和過(guò)流信號。

2)選擇光參考電平,選擇光補償方式,按廠(chǎng)家建議設置為自動(dòng)背景光補償。

3)對過(guò)流定值進(jìn)行整定,過(guò)流可選擇過(guò)電流為相電流或零序電流?？紤]到對各種故障的適應性,選擇相電流且過(guò)流定值參照主變后備保護過(guò)流Ⅰ段定值進(jìn)行整定。

4)對光纖通道進(jìn)行整定,設定每個(gè)光纖接口的工作方式(輸入或輸出)及接收或者發(fā)送信號的種類(lèi)(光信號、過(guò)流信號跳閘信號)。圖3為例,為確保一臺主變退出運行,由另一臺主變通過(guò)母聯(lián)向兩段母線(xiàn)供電時(shí),兩個(gè)單元中有一個(gè)檢測到過(guò)流,保護也能正確動(dòng)作,應將信號種類(lèi)設定為過(guò)流信號。

3．3電弧光保護系統動(dòng)作邏輯

1）在檢測到弧光信號且過(guò)流條件滿(mǎn)足時(shí),保護動(dòng)作并經(jīng)兩個(gè)高速跳閘出口跳相應母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)斷路器及該母線(xiàn)的母聯(lián)斷路器。

2)電弧光保護動(dòng)作應閉鎖10kV備用電源自投裝置,防止在兩段母線(xiàn)各自獨立運行時(shí),10kV母線(xiàn)發(fā)生故障,電弧光保護動(dòng)作切除主變10kV側斷路器后,10kV備自投裝置動(dòng)作將10kV母聯(lián)合閘于10kV故障母線(xiàn)。(要求電弧光保護系統至少提供2個(gè)高速跳閘出口用于跳運行斷路器,及兩副常規繼電器接點(diǎn)用于發(fā)信及閉鎖備自投。)

3．4電弧光保護系統的調試

根據現場(chǎng)對該保護的設計要求,在安裝調試過(guò)程中進(jìn)行如下調試項目:

1)用強光源照射每個(gè)斷路器柜的弧光探頭,

檢查弧光傳感器動(dòng)作情況,記下各個(gè)間隔的弧光探頭所對應的信號燈編號,用斷路器編號標識對應的信號燈,便于日后進(jìn)行故障定位。

2)檢驗動(dòng)作邏輯是否符合要求,一種是要光信號而不需要過(guò)流信號,另一種是在同時(shí)需要光信號和過(guò)流信,兩種動(dòng)作條件下的保護。

3)檢驗過(guò)流元件的動(dòng)作值、返回值、返回系數是否符合規程要求。

4)核對上傳的信號是否正確。

5)帶斷路器做傳動(dòng)試驗,保護動(dòng)作邏輯正確,斷路器動(dòng)作行為正確,正確動(dòng)作率100,同時(shí)正確閉鎖10kV備自投,保護動(dòng)作時(shí)間不大于3ms。由此可知,電弧光保護在動(dòng)作時(shí)間上比其他中低壓母線(xiàn)保護有巨大的*性,見(jiàn)表1。設備損壞見(jiàn)表2。

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)

綜上所述,將母線(xiàn)短路故障時(shí)間控制在100ms甚至更短的時(shí)間以?xún)?可在很大程度上降低故障對母線(xiàn)設備及主變的損害程度見(jiàn)表2,同時(shí)降低設備受損程度還可以減少開(kāi)關(guān)柜停電檢修的時(shí)間,針對中低壓開(kāi)關(guān)柜故障特性開(kāi)發(fā),原理簡(jiǎn)單,動(dòng)作迅速可靠,對現有設備無(wú)特殊要求的電弧光保護系統是一種實(shí)現這個(gè)目標的較為理想的保護解決方案。

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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，