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淺談電弧光保護裝置在水電站的配置方案

更新時間：2023-05-22

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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：本文介紹了電弧光保護在水電站的配置及應用，提供給相關人員參考。

關鍵詞：水電站；開關柜；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空氣電離而形成的。在我國電力系統(tǒng)中開關柜內(nèi)部電弧光故障時有發(fā)生，而一旦發(fā)生弧光故障將對人身及設備會帶來大的損害。

水輪發(fā)電機組出口母線開關柜是水電站發(fā)電的重要輸電樞紐。在發(fā)生內(nèi)部故障時，是否能迅速地切除故障，對電站的生產(chǎn)至關重要。因為國標《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》(GB50062)及現(xiàn)行的電力行業(yè)規(guī)程規(guī)范未對6KV(10KV)母線保護作明確規(guī)定，因此水電站發(fā)電機出口母線一般未配置專用的快速母線保護，針對目前水電站中壓母線保護配置的現(xiàn)狀，非常有必要增設快速保護。國內(nèi)一些專家也一直強調(diào)裝設專用中低壓母線保護的重要性，用戶也希望可以提供一種造價較低，原理簡單、適用于6-35KV的母線保護，以大限度減少母線故障對設備的損害，提高輸電可靠性。

1 配置弧光保護的必要性

在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級的母線由于沒有穩(wěn)定問題，一般未裝設母線保護。然而，由于中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導體線間距離與大地的距離比較近，容易受小動物危害，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(tǒng)運行條件改變，人為和操作錯誤等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、壓母線高得多。但長期以來，人們對中低壓母線的保護一直不夠重視，也未發(fā)現(xiàn)先進合理的解決方案，因此，大多采用帶有較大延時的后備保護來切除母線上的故障，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有裝設中低壓母線保護，未能快速切除故障所造成。所以，為了保證變壓器及母線開關設備的運行，根據(jù)繼電保護快速性的要求，迫切需要配置專用中低壓母線保護。

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

我國于2004年開始使用進口專用母線電弧光保護，目前電力系統(tǒng)，尤其是發(fā)電系統(tǒng)，約70-80的新建電廠均采用了專用母線電弧光保護。

2 采用專用母線電弧光保護的好處

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

采用專用母線電弧光保護具有以下幾個優(yōu)點：

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嚴重破壞，防止火災發(fā)生。

3）保護主變壓器或者廠用變壓器免受嚴重沖擊而損環(huán)。

4）防止波及站用直流系統(tǒng)，避免造成巨大的經(jīng)濟損失。

5）大限度地減少用戶的停電時間(用戶停電恢復時間，由原來的2-3個星期減少到幾個小時以內(nèi)）。

6）延長現(xiàn)有開關設備的使用壽命。

3 水電站電弧光保護系統(tǒng)的配置方案

3.1 電弧光保護系統(tǒng)配置

電弧光保護系統(tǒng)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，并通過高速固態(tài)出口輸出斷路器跳閘信號，該系統(tǒng)對電弧光的反應速度從檢測到電弧光到發(fā)出跳閘信號快時間不超過7毫秒。

電弧光系統(tǒng)的保護動作機制：傳感器在檢測到母線弧光故障后，將弧光信號傳送給擴展單元，然后擴展單元通過總線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)出跳閘信號將進線斷路器跳聞，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，擴展單元可直接跳本柜的斷路器，而不會影響到進線。

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(xiàn)弧光故障，均能給出弧光故障信息，同時，如果是裝置故障，將閉鎖跳閘出口，避免誤動作；此信號可由一個告警節(jié)點輸出至告警小母線或信號采集裝置。

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

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

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

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

6）失靈保護：若母聯(lián)斷路器失靈，則啟動失靈保護跳低壓側(cè)進線；若低壓側(cè)進線失靈，則啟動失靈保護跳高壓側(cè)斷路器。

7）若各段母線的主單元退出運行，則該段弧光保護退出。

4 安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明

ARB5-弧光主控單元

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（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)品功能和技術參數(shù)

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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。

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7 結(jié)束語

隨著人們對電弧光故障的進一步研究和認識，許多水電站已開始應用電弧光保護系統(tǒng)，像我公司設計的斜卡水電站、撒多水電站10kV高壓開關柜均配置了電弧光保護。

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

參考文獻：

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[2]蔡彬，陳德桂，李志鵬.開關柜中內(nèi)部電弧故障的仿真與實驗(英文)[J].電工技術學報，2004(03)．

[3]楊建紅，張認成，房懷英.基于Duffing振子信號檢測的故障電弧短路監(jiān)測系統(tǒng)[J].電工電能新技術，2007(01)．

[4]董愛華，谷彬.低壓配電開關故障電弧檢測技術的發(fā)展趨勢[A];第九屆全圓信息獲取與處理學術會議論文集I[C].2011．

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5（版）.

作者簡介：

吳柯霓，女，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)。

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