電弧光保護(hù)系統(tǒng)在母線保護(hù)中的應(yīng)用

0引言

在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級(jí)的母線由于沒有穩(wěn)定問題，一般未裝設(shè)母線保護(hù)。然而，由于中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導(dǎo)體線間距離與大地的距離比較近，容易受小動(dòng)物危害，設(shè)備制造質(zhì)量比高壓設(shè)備差，設(shè)備絕緣老化和機(jī)械磨損，運(yùn)行條件惡劣，系統(tǒng)運(yùn)行條件改變，人為和操作錯(cuò)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(zhǎng)期以來，人們對(duì)中低壓母線的保護(hù)一直不夠重視日期:2008-01-16較大延時(shí)的后備保護(hù)來切除母線上的故障，往往使故障發(fā)展、擴(kuò)大，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

近年來，由于各種原因開關(guān)設(shè)備被嚴(yán)重?zé)龤?，并?dǎo)致相關(guān)設(shè)備一并損壞的事故時(shí)有發(fā)生。而主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故也逐年增加這些配網(wǎng)事故處理不當(dāng)會(huì)被擴(kuò)大發(fā)展為輸電網(wǎng)事故造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，已引起電力部門的廣泛關(guān)注究其原因大多是因?yàn)闆]有裝設(shè)中低壓母線保護(hù)，未能快速切除故障造成的。所以，為了保證變壓器及母線開關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行，根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求，迫切需要配置中低壓母線保護(hù)。

1開關(guān)柜電弧耐受時(shí)間

IEC298標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，開關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時(shí)間為100ms。從保護(hù)開關(guān)柜方面考慮，保護(hù)動(dòng)作應(yīng)在小于100mms的時(shí)間內(nèi)切除故障，以防止驅(qū)光短路故障進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大造成更大的危害。表1為各種電弧燃燒時(shí)間下進(jìn)行試驗(yàn)得出的結(jié)論。

2弧光短路故障的防護(hù)措施

.       消性防護(hù)措施

采用這種措施的目的是限制故障電弧產(chǎn)生的各種效應(yīng)，如加強(qiáng)開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)，密封隔離各單元室、設(shè)置釋放板和泄壓通道等。采用這種措施在一定程度上能減少損壞程度;另一方面，如果要采用通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的方式來較大地提高開關(guān)柜的燃弧耐受時(shí)間的話則需要增加很大的設(shè)備費(fèi)用。表2為國(guó)外對(duì)增加開關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時(shí)間和相應(yīng)增加成本進(jìn)行評(píng)估的結(jié)果。

.       積性防護(hù)措施

采用高速中壓母線保護(hù)切除故障以限制故障電弧的持續(xù)時(shí)間，從根本上限制故障電弧，其各種效應(yīng)對(duì)設(shè)備和人員的危害。如果中低壓母線保護(hù)能在開關(guān)柜耐受燃弧時(shí)間以內(nèi)切除故障的話，將大限度地限制弧光故障對(duì)開關(guān)設(shè)備的損壞;從另一方面看限制開關(guān)設(shè)備的損壞，即阻斷了故障發(fā)展的可能性從而可避免主變壓器長(zhǎng)時(shí)間遭受短路電流的沖擊而損壞。這也是目前迫切需要的的限制因弧光短路故障損壞開關(guān)設(shè)備及變壓器的防護(hù)措施。

3現(xiàn)有的中壓母線保護(hù)

目前普遍采用的中壓母線保護(hù)方案包括:變壓器后備過流保護(hù)方案、饋線過流保護(hù)閉鎖變壓器過流保護(hù)方案、采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護(hù)方案。

(1）變壓器后備過流保護(hù)方案。

這是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的中壓母線保護(hù)方案由于考慮到與饋線和母線分段開關(guān)的配合，保護(hù)跳閘時(shí)間一般整定為1.0~1.4s，有的甚至更長(zhǎng)，達(dá)2.0s以上。這一動(dòng)作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足快速切除中壓母線故障的要求。

（2）饋線過流保護(hù)閉鎖變壓器過流保護(hù)方案。

近年來，微機(jī)過流保護(hù)在中壓饋線廣泛應(yīng)用，國(guó)外提出利用饋線過流元件閉領(lǐng)受壓器過流保護(hù)的方案，該方案與變壓器后備過流保護(hù)方案相比其動(dòng)作速度有了一定的提高，典型動(dòng)作時(shí)間為300-400ms。但對(duì)于要求100ms以內(nèi)切除故障仍不能滿足要求。

.       采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護(hù)方案。

國(guó)外某些重要工程曾采用中壓母線保護(hù)方案保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般為35-60ms。這種方案接線復(fù)雜對(duì)TA的要求高，安裝在6/35KV母線上有根多困難也很不經(jīng)濟(jì)。此外，由于其保護(hù)范圍受到TA安裝位置的限制，不能避免發(fā)生故障幾事較高的電纜接頭處的故障，并且也不能提供故障定位。因此也不適合中壓母線保護(hù)應(yīng)用。

從實(shí)際應(yīng)用情況來看，現(xiàn)有的保護(hù)方案是顯然不能滿足快速切除母線故障的要求。因此，迫切需要采川一種新型中低壓母線保護(hù)系統(tǒng)，以解決目前運(yùn)行中由于中低壓母線發(fā)生故障幾事較高、延遲切除故障導(dǎo)致故陳發(fā)展、擴(kuò)大，從而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的問題。

4新型電光保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成

新型電弧光保護(hù)系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分構(gòu)成:主控單元、電流單元、強(qiáng)光單元、弧光傳感器《探頭)、數(shù)據(jù)線和光纖。系統(tǒng)的基本原理是:通過測(cè)量開關(guān)柜中的弧光弧光傳感器可以連接到主控單元或者強(qiáng)光單元，電流單元?jiǎng)t用于傳輸電流信號(hào)。在弧光傳感器檢測(cè)到弧光信號(hào)的同時(shí)，若電流單元檢測(cè)到了過流信號(hào)，則被判為產(chǎn)生了電弧光故障。一旦檢測(cè)到電弧光故障，保護(hù)系統(tǒng)會(huì)在1rns內(nèi)發(fā)出跳指今，達(dá)到護(hù)的目的。

(1）主控單元

主控單元是電弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心部件，作用是管理、控制整個(gè)系統(tǒng)。主控單元有4個(gè)數(shù)據(jù)傳輸接口每個(gè)接口可連接6個(gè)弧光或電流單元，輸出接口包括4路快速跳閘輸出和6路常規(guī)電跳鬧輸出20個(gè)光檢測(cè)光纖接口，用于連接強(qiáng)光傳感器。通過主控單元中的現(xiàn)實(shí)，可以準(zhǔn)確判斷電驅(qū)光產(chǎn)生的位置。

一個(gè)主控單元能同時(shí)保護(hù)幾個(gè)*的開關(guān)柜，因此，電弧光保護(hù)系統(tǒng)的弧光單元和電流單元可以分微到不同的開關(guān)柜內(nèi)，把檢測(cè)到的弧光或電流信號(hào)傳送到主控單元，主控單元收集到這些必要的數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況輸出跳閘信號(hào)到斷路器

(2）弧光單元。

弧光單元用于檢測(cè)弧光，具有10個(gè)光檢測(cè)光纖接口，用于連接弧光傳感器。驅(qū)光單元面板上的電位計(jì)用來調(diào)整感光的強(qiáng)度，校準(zhǔn)好后，把信息傳遞到下.個(gè)電流或領(lǐng)光單元，或者傳到主控單元。通過弧光單元，保護(hù)系統(tǒng)始終能準(zhǔn)確地識(shí)別超過整定的光感定值的弧光傳感器所在地。

(3）電流單元。

電流單元檢測(cè)電流信號(hào)，井將信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳送至主控單元。電流單元可匹配1A2A的電流互感器，電流的整定可以從面板上的電位計(jì)來調(diào)節(jié)。電流單元檢測(cè)到的電流數(shù)據(jù)通過光纖或數(shù)線傳送到主控單元，主控單元依據(jù)設(shè)定的逐輯判據(jù)決定是否輸出用信號(hào)。

(4）弧光傳傳感。

弧光傳感器安裝在開關(guān)柜內(nèi)，是探測(cè)狐光的光感應(yīng)元件。發(fā)生電領(lǐng)光故障時(shí)，光的強(qiáng)度會(huì)大幅度增加，狐光傳感器內(nèi)的感光元件就會(huì)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳給驅(qū)光單元或者主控單元。電領(lǐng)光保護(hù)系燒的感光范圍靈敏度可在弧光單元和主控單元進(jìn)行測(cè)整。

封閉式母線系統(tǒng)中，在每個(gè)開關(guān)柜裝設(shè)一個(gè)驅(qū)光傳感器。在開故式母線系統(tǒng)中，強(qiáng)光傳感器的間隔約為5-6m。

(5）數(shù)線和光纖。

在主控單元和驅(qū)光單元或電造單元間的數(shù)據(jù)傳送是靠光纖和數(shù)據(jù)傳輸線來完成的。光纖傳輸觸發(fā)信號(hào)至主控單元，工作電源，報(bào)警信號(hào)，自控?cái)?shù)據(jù)信息流的傳送則通過數(shù)據(jù)傳輸線來完成。

5電光保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用情況

這種新型電強(qiáng)光保護(hù)系統(tǒng)是一種原理簡(jiǎn)單，動(dòng)作快速可靠、保護(hù)覆蓋范圍廣、安裝維護(hù)方便的裝置，目前已有超過數(shù)百套該型電弧光保護(hù)系統(tǒng)在400V-20kV中低壓開關(guān)柜中投運(yùn)，用戶遍及發(fā)電廠、變電站以及工業(yè)商業(yè)用戶等領(lǐng)域。產(chǎn)品運(yùn)行情況及用戶反饋意見表明，該種電強(qiáng)光保護(hù)系統(tǒng)賴定可靠，能可靠地顯示故障位置、發(fā)出跳閘指令。

6安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)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(fèi)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(zhǎng)度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請(qǐng)?zhí)貏e注明。

7安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

8安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

9結(jié)束語

隨著現(xiàn)代微機(jī)和光電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型母線保護(hù)原理和裝置不斷出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)中低壓母線保護(hù)提供了各種解決方案。電強(qiáng)光保護(hù)作為一種針對(duì)中壓開關(guān)柜故障特性開發(fā)的母線保護(hù)系統(tǒng)，具有原拜簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠迅、對(duì)變電站一次設(shè)備無特球要求通應(yīng)于各種運(yùn)行方式、且在各種運(yùn)行方式下不需要保護(hù)切換等優(yōu)點(diǎn)，為用戶提供了一個(gè)理想的中低壓母線保護(hù)解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]張博.電弧光保護(hù)系統(tǒng)在中低壓母線保護(hù)中的應(yīng)用．

[2]段紹輝.10kV 高壓開關(guān)柜事故情況綜合分析.廣東省電機(jī)工程學(xué)會(huì),1997

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5（版）.