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淺談電弧光保護裝置在電網(wǎng)中的應(yīng)用

更新時間：2023-04-03

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：隨著我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益堅強與壯大，對電網(wǎng)繼電保護設(shè)備“四性"的要求也越來越高，尤其是對快速性的要求達到了的高度。但我國目前變電站低壓側(cè)均未配置母線差動保護，在低壓側(cè)母線發(fā)生短路時，只能依靠主變低壓側(cè)后備保護動作，無法立即切除故障。對于電力系統(tǒng)來說，縮短1s的切除時間，不僅能夠避免多數(shù)的設(shè)備損壞事故，更有可能防止人身傷亡事故。

關(guān)鍵詞：優(yōu)勢；系統(tǒng)；方案配置；弧光短路；電弧光保護

介于以上問題，本文著重討論了電弧光保護裝置的優(yōu)點及構(gòu)成。認(rèn)真剖析了電弧光產(chǎn)生的原因，認(rèn)真研究了幾種變電站低壓側(cè)典型接線方式下的弧光保護配置。

0 引言

內(nèi)蒙古烏蘭察布電網(wǎng)是蒙西電網(wǎng)的重要組成部分，其售電量近幾年在蒙西電網(wǎng)中一直，2016年烏蘭察布電業(yè)局完成供電量273億KW·h，位居蒙西電網(wǎng)名。轄區(qū)內(nèi)主要由三個電壓層級構(gòu)成：層級為以慶云變、察右中變、汗海變、旗下營變、豐泉變五個500KV變電站為支撐的500KV主架；層級為21座220KV變電站的雙環(huán)網(wǎng)布局網(wǎng)架；第三層級為220KV以下35KV以上的變電站61座。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，地區(qū)負荷不斷增加。

高載能作為專線用戶，多由變電站低壓側(cè)35kV、10kV電纜出線供電。這樣的出線方式致使不接地系統(tǒng)對地電容電流猛增，一旦線路發(fā)生接地時，容易產(chǎn)生間歇性過電壓，引起設(shè)備過電壓、電纜頭爆炸等危害。因此對主變會造成嚴(yán)重的沖擊，需要快速切除。但考慮到保護選擇性和靈敏性等原因，傳統(tǒng)的保護在主變低壓側(cè)母線及近區(qū)故障往往不能快速切除。這樣對主變以及電網(wǎng)系統(tǒng)的損害是非常大的。

1 弧光保護的優(yōu)勢

1、動作迅速可靠：

采用了可靠的快速算法，可以在短時間內(nèi)判斷弧光變化信號和電流變化信號并迅速出口，從發(fā)現(xiàn)故障到出口跳閘時間間隔優(yōu)于7ms，確保開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的弧光在100ms以內(nèi)切除。

2、全數(shù)字化設(shè)計：

本裝置采用全數(shù)字化設(shè)計，配置靈活，動作精度高，而且排除了由于旋鈕或其他機械設(shè)計導(dǎo)致的隱患。

3、保護原理簡單、合理

根據(jù)弧光產(chǎn)生時的特點，裝置采用弧光和電流雙重判據(jù)，判據(jù)簡單且可以有效的保證動作的準(zhǔn)確性。

4、強大的電氣性能

故障弧光探頭、連接線全部采用耐高溫、阻燃的高分子材料，具有的電氣隔離效果。裝置滿足EMC的標(biāo)準(zhǔn)，保證了弧光保護系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和動作的可靠性。

5、故障信息記錄

在故障弧光發(fā)生并引起裝置跳閘后，主控單元或饋線保護單元可以準(zhǔn)確的記錄是哪個弧光探頭檢測到了故障弧光，且可以詳細記錄動作時刻的三相電流值以及動作時刻的故障弧光光強。

6、多種輔助保護功能

主控單元不但有弧光保護，還有過流保護，接地保護、斷路器失靈等輔助保護，這些保護是弧光保護的合理配置和有效補充。

2 弧光保護的系統(tǒng)組成

1、主控單元

主控單元是母線型弧光保護系統(tǒng)的核心。它檢測分析故障信號、接收分析采集單元的弧光故障信號，并對兩種信號進行綜合分析判斷。在滿足跳閘條件時，發(fā)出跳閘指令以切除故障。主控單元一般安裝在進線柜或緊鄰進線柜的開關(guān)柜的二次控制門板上。主控單元有：

（1）3個弧光信號檢測接口，主要用于接收來自弧光采集單元的弧光故障信號；一個弧光信號輸出口，主要用于弧光故障信號輸出，用于內(nèi)部連接。

（2）3個數(shù)據(jù)通訊接口，其中一個用于輸入數(shù)據(jù)，其他的用于輸出數(shù)據(jù)。

（3）4路快速跳閘輸出接口，符合IEC255-23繼電器標(biāo)準(zhǔn)。

（4）2路報警出口，其中一路為裝置故障出口。

（5）電流輸入，用于判斷故障電流。

2、輔助單元

弧光采集單元與主控單元配合使用，是弧光保護系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于采集故障弧光，并將判斷后的結(jié)果通過光信號傳遞給主控單元。單個弧光采集單元可以安裝8個弧光探頭，根據(jù)系統(tǒng)的大小可以任意增減弧光采集單元的數(shù)量�；」獠杉瘑卧ǔ０惭b在選定的開關(guān)柜內(nèi)中，選擇的原則是保證該單元相關(guān)光纖用量盡量少。

3、弧光傳感器

專門用于故障弧光采集，是無源的弧光探測傳感器，安裝在開關(guān)柜的母線室內(nèi)或饋線柜內(nèi)電氣元件的連接處。當(dāng)發(fā)生弧光故障時，光照度大幅度增加，弧光傳感器直接將光信號傳給弧光采集單元或饋線保護單元。

3 弧光保護的方案配置

分布式弧光保護系統(tǒng)由弧光保護主機單元和若干弧光采集單元組成�；」庵鳈C單元采集母線的進線電流，接收弧光采集單元采集到的弧光信號，采集開關(guān)位置等，并實時進行邏輯運算。發(fā)生弧光故障時，弧光主機單元動作，跳開相應(yīng)的進線、或分段開關(guān)�；」獠杉瘑卧獙崟r采集弧光傳感器的信號，并通過光纖將弧光信號級聯(lián)給弧光主機單元。

一般情況，整個母線段配置1臺弧光主機單元；每臺弧光保護主機單元多可以接入8個弧光采集單元；每個弧光采集單元可以采集8路弧光傳感器的信號。配置弧光采集單元的數(shù)量需根據(jù)母線段間隔的多少、以及每個間隔安裝弧光傳感器的個數(shù)來確定。

4 安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明

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(shù)量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請?zhí)貏e注明。

5 安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

6 安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

7 結(jié)論

高壓開關(guān)柜時常會發(fā)生弧光短路故障事故，安裝專門的母線保護設(shè)施是非常有必要的。電弧光保護系統(tǒng)具有原理簡單、靈敏度高、動作迅速可靠等優(yōu)點，從而的減小弧光短路對設(shè)備的危害。目前，國華寶日希勒電廠等一批項母的高壓廠電系統(tǒng)中，電弧光保護裝置已得到了應(yīng)用，至今運行良好。隨著應(yīng)用實例的不斷增加，其運行可靠性也將更加完善。

參考文獻：

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[3] 電力系統(tǒng)計算程序及其實現(xiàn) [M]. 北京：中國電力出版社，1995．

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5（版）.

作者簡介：

吳柯霓，女，銷售工程師，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(jiān)測系統(tǒng)