韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：電弧光保護在變電站運行過(guò)程中具有十分重要的意義，文章對電力系統中的中、低壓設備的運行問(wèn)題進(jìn)行分析，并且提出了電弧光保護方式，迅速切除變電站運行過(guò)程中的故障點(diǎn)，保障變電站的安全穩定運行。

關(guān)鍵詞：電弧光保護；變電站；安全穩定運行；燃弧耐受時(shí)間

0引言

在變電站運行過(guò)程中，安全性和穩定性是重要因素，近年來(lái)在變電站的建設中，由于戶(hù)內開(kāi)關(guān)柜占地面積小，操作集中，方便運行和維護等特點(diǎn)，在變電站中大量配置中低壓開(kāi)關(guān)柜運行過(guò)程中由于各種原因造成開(kāi)關(guān)設備被嚴重燒毀的事故越來(lái)越多，對變電站事故的處理不當，會(huì )直接影響變電站運行的安全性與穩定性，導致電網(wǎng)事故不斷擴大，不僅會(huì )帶來(lái)嚴重的經(jīng)濟損失，還可能造成人員傷亡事故。在變電站設計過(guò)程中，為了保證變壓器、母線(xiàn)、開(kāi)關(guān)設備的安全運行，都遵照相關(guān)規范配置保護裝置，但目前國內35kV及以下的母線(xiàn)一般不配置快速母線(xiàn)保護，而是由變壓器的后備過(guò)流保護來(lái)切除母線(xiàn)故障，由后備保護動(dòng)作切除故障的時(shí)間至少為0.5s，這樣就加大了對設備的損傷程度。因此，在變電站中低壓開(kāi)關(guān)柜中配置電弧光保護，一旦出現故障，可以及時(shí)將故障切除，防止故障進(jìn)一步擴大。

1中低壓開(kāi)關(guān)柜設備運行過(guò)程中的問(wèn)題和運行要求

1.1開(kāi)關(guān)柜設備運行過(guò)程中的問(wèn)題

在變電站設計過(guò)程中，110kV及以上的母線(xiàn)會(huì )設置母，電壓等級在35kV及以下的母線(xiàn)系統中一般不配置快速母線(xiàn)保護，而是依賴(lài)上變壓器的后備過(guò)流保護來(lái)切除母線(xiàn)短路故障，這樣導致了故障切除時(shí)間的延長(cháng)，加大了設備的損傷程度。

在設備的使用過(guò)程中母線(xiàn)上的操作比較頻繁，設備絕緣老化、機械磨損是必然現象，運行條件發(fā)生改變以及人為操作錯誤，會(huì )導致母線(xiàn)故障率升高，對變電站的運行存在安全隱患。

1.2開(kāi)關(guān)柜安全運行要求

(1)開(kāi)關(guān)柜內部燃弧耐受時(shí)間。根據IEC298標準，開(kāi)關(guān)柜內部燃弧耐受時(shí)間為100ms，當前市面上銷(xiāo)售的開(kāi)關(guān)柜是按照該標準要求設計的，開(kāi)關(guān)柜使用過(guò)程中可以承受的電弧燃燒時(shí)間為100ms。由于電弧光故障一般都發(fā)生在斷路器動(dòng)作前，故障短路電弧一直處于燃燒狀態(tài)，保護動(dòng)作時(shí)間與斷路器分閘時(shí)間之和為電弧燃燒的持續時(shí)間。因此，從開(kāi)關(guān)柜保護的角度來(lái)講，保護動(dòng)作應該要在100ms內迅速做出響應，對電弧短路故障進(jìn)行切除，防止故障進(jìn)一步擴大而造成更大的危害。

(2)開(kāi)關(guān)柜弧光故障防護。除了加強開(kāi)關(guān)柜的結構外，還應對母線(xiàn)配置快速保護，在開(kāi)關(guān)柜耐受燃弧時(shí)間以?xún)惹谐收?，從根本上限制故障電弧，對開(kāi)關(guān)設備的損壞和人員安全的危害。

2電弧光母線(xiàn)保護系統

電弧光保護是一種快速、可靠的母線(xiàn)保護系統，根據檢測弧光和過(guò)流雙判據原理，能夠迅速對變電站中出現的故障進(jìn)行響應，對于各種運行方式都適用，為變電站中低壓的母線(xiàn)保護提供了解決方案。電弧光保護系統主要包括以下幾個(gè)方面的內容：

2.1主單元

主單元是電弧保護系統中的主要部分，主要對短路電流以及來(lái)自電弧光傳感器的動(dòng)作信息進(jìn)行檢測，并且對收集到的故障信息進(jìn)行處理、判斷，從而發(fā)出故障處理信號，對故障進(jìn)行切除。電弧光保護系統要在同時(shí)檢測到弧光和過(guò)流時(shí)才會(huì )發(fā)出相應地切斷閘指令，如果進(jìn)線(xiàn)斷路器沒(méi)有及時(shí)動(dòng)作對故障進(jìn)行切除，則系統會(huì )啟動(dòng)斷路器失靈保護邏輯，發(fā)出跳閘指令跳上級的斷路器進(jìn)行故障切除。此外，電弧保護系統的主單元還會(huì )根據輔助單元傳遞的弧光傳感器的動(dòng)作信息，對弧光故障點(diǎn)的位置進(jìn)行確定，發(fā)出溫度報警信息。

2.2輔助單元

電弧保護系統的輔助單元一般都安裝在開(kāi)關(guān)柜中，每一個(gè)輔助單元可以與10個(gè)弧光傳感器、1個(gè)溫度傳感器、1個(gè)便攜式弧光傳感器相連。當系統發(fā)生弧光故障的時(shí)候輔助單元可以對弧光傳感器中傳遞來(lái)的動(dòng)作信息進(jìn)行收集，并且將其傳遞給主單元，主單元再對故障進(jìn)行分析和響應。在主單元中可以顯示輔助單元和弧光傳感器的地址編號，有助于及時(shí)對故障進(jìn)行解除。

2.3弧光傳感器

弧光傳感器是對故障進(jìn)行感應的主要部件，安裝在開(kāi)關(guān)柜的各間隔室中，弧光傳感器是光感應元件，如果出現弧光故障時(shí)，光強度大幅度增加，傳感器檢測光強，將光信號轉換成電流信號，并且傳輸給輔助單元。

2.4電流單元

電流單元主要檢測系統中電流的變量，并且可以將其送到主控單元上，對這些數據進(jìn)行分析和處理，然后將處理結果作為判斷系統電流情況的依據。

2.5電弧光保護系統

該系統采用弧光檢測和過(guò)電流檢測的方式，實(shí)現對整個(gè)變電站運行設備的雙重檢測與判斷，如果同時(shí)檢測到弧光與電流增量信號，說(shuō)明設備和系統出現了故障，則需要快速啟動(dòng)繼電器，發(fā)出跳閘的指令，當系統中只檢測到其中一個(gè)信號的時(shí)候，則只需要發(fā)出報警信號，通知技術(shù)人員系統出現故障即可。

安裝了電弧光保護裝置的設備和系統具有斷路器失靈保護功能，即當進(jìn)線(xiàn)斷路器發(fā)生拒動(dòng)的時(shí)候，會(huì )發(fā)出越級跳閘的信號，從而對上短路信號進(jìn)行切斷，確保系統運行穩定。

3電弧光保護在變電站中的應用

本文以某變電站為例，對電弧光保護在變電站中的應用進(jìn)行分析與探討。

某變電站安裝應用了ARB5型弧光保護系統，幾年來(lái)系統的運行十分穩定可靠，在保護母線(xiàn)方面發(fā)揮了重要作用。本工程的接線(xiàn)方式為2條電源進(jìn)線(xiàn)，單母分段，一共有14面開(kāi)關(guān)柜和2個(gè)母線(xiàn)橋?；」獗Ｗo配置的方式主要是：一臺ARB5主控單元，16個(gè)光探頭、300米光纖。將主控單元安裝在10kV進(jìn)線(xiàn)柜的面板上，光探頭安裝在14面柜以及兩個(gè)母線(xiàn)槽中。在對本工程進(jìn)行安裝的時(shí)候，是在處于運行過(guò)程中的變電站上加裝弧光設備，所以由于停電的時(shí)間較短，為了保證能夠完成安裝調試工作，要提前做好準備。安裝的步驟主要為以下幾個(gè)方面：（1）根據變電站加裝弧光系統的實(shí)際情況，由弧光系統設備廠(chǎng)家的設計人員對電氣安裝圖紙進(jìn)行設計，將圖紙提供給變電站相關(guān)技術(shù)人員審核，結合變電站的實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，直到圖紙符合要求。（2）對安裝所需要的輔材以及輔件進(jìn)行準備，變電站要根據設計人員提供的圖紙，提前在開(kāi)關(guān)柜上開(kāi)好裝置以及壓板安裝孔，為安裝做好準備。（3）當變電站確定停電時(shí)間之后，要提前通知廠(chǎng)家，由廠(chǎng)家安排技術(shù)人員到現場(chǎng)進(jìn)行配合安裝。變電站停電時(shí)要考慮綜合因素，確定具體時(shí)間。（4）在停電的前一天需要將主控制裝置安裝完畢，停電之后，變電站技術(shù)人員要安排弧光設備常見(jiàn)的技術(shù)人員，打開(kāi)開(kāi)關(guān)柜的柜門(mén)，在安裝完畢之后及時(shí)關(guān)閉柜門(mén)。（5）電源的進(jìn)線(xiàn)、母線(xiàn)以及總控單元之間的CT線(xiàn)可以由變電站技術(shù)人員輔助敷設完成，弧光保護出口所跳開(kāi)關(guān)也應該由變電站敷設。（6）具體的安裝和調試過(guò)程應該由廠(chǎng)家技術(shù)人員完成。（7）所有的裝置調試完畢之后，由廠(chǎng)家的技術(shù)人員對變電站的技術(shù)人員進(jìn)行培訓。培訓之后要進(jìn)行測試，測試驗收合格之后即完成整個(gè)項目。

在本項目中，電弧光保護系統要針對實(shí)際系統的實(shí)際情況，在技術(shù)方面，電弧光保護裝置應該能夠提供“故障報警信號"、“故障動(dòng)作信號"到計算機監控系統，有助于計算機監控系統及時(shí)發(fā)現變電站設備運行過(guò)程中的故障與問(wèn)題，提高解決效率，減少對電力傳輸的影響。同時(shí)，電弧光保護的出口跳閘繼電器應該要滿(mǎn)足啟動(dòng)功率不小于5W、動(dòng)作電壓介于55-70之間、動(dòng)作時(shí)間不小于10ms的要求。

對弧光保護系統進(jìn)行安裝的時(shí)候，應該要遵循一定的技術(shù)規范：（1）KGN柜的安裝。在安裝KGN柜的時(shí)候應該要按照保護母線(xiàn)隔室、母線(xiàn)側隔離刀閘室的原則，在柜子上側中部進(jìn)行安裝，不僅可以確保有足夠的絕緣距離，還能有足夠的角度檢測到柜內的弧光是否滿(mǎn)足要求。對于本項目中35kV的開(kāi)關(guān)柜來(lái)講，應該在母線(xiàn)隔室、母線(xiàn)側隔離刀閘室中各自安裝一個(gè)弧光傳感器，如果是10kV，如果母線(xiàn)與母線(xiàn)側隔離刀閘同時(shí)在一室，則只需要安裝一個(gè)弧光傳感器，如果母線(xiàn)和母線(xiàn)側隔離刀閘不在同一室，則需要分別安裝弧光傳感器。（2）KYN柜安裝。安裝KYNN柜的時(shí)候只能在母線(xiàn)隔室安裝，在上側中部安裝不僅可以保證足夠的絕緣距離，還能保證及時(shí)檢測到柜子內的弧光。（3）為了避免電弧光保護的無(wú)選擇性跳閘情況出現，應該要進(jìn)一步簡(jiǎn)化二次回路，變電站中的35kV和10kV母線(xiàn)要采用分列運行的方式。（4）新建的變電站在投產(chǎn)之前應該要裝設相應的電弧光保護裝置，運行變電站可以結合開(kāi)關(guān)柜的大修情況，假裝電弧光保護裝置。

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，采用電弧光保護系統對變電站進(jìn)行保護，其動(dòng)作時(shí)間為5-7ms，可以迅速實(shí)現對故障的響應和處理，使變電設備的損失減到小，大大提高了變電站運行的安全性和運行效率。

參考文獻：

1. 唐成靜.電弧光保護在變電站中的應用．

[2] 吳海莉，胡發(fā)明.應用于110kV變電站的電弧光保護系統[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2012（12）.

[3] 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，