母線弧光保護裝置在電網(wǎng)的應(yīng)用

淺談母線裝設(shè)弧光保護的必要性

【摘要】：中低壓開關(guān)柜作為電能生產(chǎn)與分配的基礎(chǔ)設(shè)施之一，使用量逐年增加，并且使用場合的復(fù)雜性也在增加。成套開關(guān)設(shè)備中母線故障產(chǎn)生的弧光將燒壞其元器件,從而導(dǎo)致事故擴大,往往造成較大的經(jīng)濟損失,而母線弧光保護正好解決了這個難題，能夠很好的保護開關(guān)設(shè)備并降低損失。

引言

弧光放電不僅會造成停電事故，還會造成設(shè)備性損壞和人身傷害，帶來不可估量的損失。弧光放電事故是中低壓開關(guān)柜內(nèi)嚴重的事故之一，本文就幾個方面來探討中低壓母線裝設(shè)弧光保護的必要性。

1重視中低壓母線故障的原因

我國電力發(fā)展建設(shè)已經(jīng)進入大電網(wǎng)、大機組、壓輸電階段，并且對發(fā)電機組的容量要求越來越高，這對電力系統(tǒng)運行提出了更高的要求，因為單臺大機組的運行情況，會直接影響到整個電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性、性以及經(jīng)濟性。同時，發(fā)電廠的用電系統(tǒng)與運行，對發(fā)電機組的影響也越來越大。由此可以看出，如果中低壓母線出現(xiàn)故障，它會產(chǎn)生弧光，所產(chǎn)生的弧光對電力設(shè)備及人本身的影響大，會造成不同程度的損傷，有時還會引發(fā)“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”。

現(xiàn)行的繼電保護設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，是采用借助于上元件的后備過流的方法來保護，從而切除中低壓系統(tǒng)母線短路的問題，這樣的做法存在弊端。電路故障應(yīng)該在盡可能短的時間得到維修，而這類保護方法會導(dǎo)致維修時間增長，對設(shè)備也有一定的損傷。這些問題如果沒有及時解決，還會引起不同程度的事故，輕則會發(fā)展為輸電網(wǎng)故障，重則會使電力系統(tǒng)出現(xiàn)整體性故障。

2產(chǎn)生中低壓弧光故障的因素

中低壓電力系統(tǒng)在運行中發(fā)生的弧光故障事故，多是受到環(huán)境條件的影響，絕緣材料受潮、設(shè)備表面產(chǎn)生凝露和附著污穢，從而使設(shè)備絕緣水平下降引發(fā)事故。

(1)弧光產(chǎn)生的技術(shù)原因

設(shè)備故障和帶電設(shè)備的誤操作，檢修工具遺漏在開關(guān)設(shè)備內(nèi)，錯誤的接線和母線連接，絕緣老化和機械磨損、過電壓，小動物、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境因素，容性接地電流擴大等。

(2)弧光產(chǎn)生的人為原因

誤入帶電間隔，隔離開關(guān)誤操作，忘記在工作區(qū)接地，忘記測量工作區(qū)內(nèi)的高壓等。

除此之外，電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)總是在不停地改變，用電負載在增多，從而導(dǎo)致電纜增多，電量超負荷，也容易導(dǎo)致故障發(fā)生。

3弧光故障事故的危害

開關(guān)柜內(nèi)的發(fā)生短路弧光的功率可高達100MW，電弧燃燒所產(chǎn)生的能量與電弧的燃燒時間及短路電流變化值呈指數(shù)倍增長(如下圖所示)，燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓將會逐步摧毀元器件、銅排以及成列的開關(guān)柜，高明亮的弧光和有毒氣體對人體也有巨大的傷害。

電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數(shù)規(guī)律快速上升，其不僅與故障電流的大小有關(guān)，還與燃弧時間有關(guān)。根據(jù)故障點的不同，通常情況下故障短路電流會在幾千安至幾萬安，故障若不能及時切除以熄滅電弧，則會產(chǎn)生巨大能量。總之，開關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障，不論是對開發(fā)設(shè)備還是對附近的工作人員，其危險性不可謂不嚴重。

弧光保護與傳統(tǒng)保護之間的比較

傳統(tǒng)母線保護方案有如下幾種。

(1)進線過流保護方案

利用微機過流保護實現(xiàn)中低壓開關(guān)柜及其母線保護方案。過流保護動作時間需與各饋線過流保護時間配合，至少在300 ms 以上，動作時間不能滿足快速切除弧光短路故障的要求。

(2)變壓器后備過流保護方案:

該方案是目前應(yīng)用廣泛的中低壓母線保護方案，保護跳閘時間一般整定為1. 2 ～ 2. 0 s，更加不能滿足快速切除中低壓母線和線路故障的要求。

(3)環(huán)流原理的高阻抗母線保護方案:

該方案是專用的母線保護方案，保護動作時間一般為35 ～ 60 ms。但是這種方案接線復(fù)雜、對CT 要求高，安裝在中低壓開關(guān)柜有很多困難，也不經(jīng)濟。此外，由于其保護范圍受到CT 安裝位置的限制，不能保護發(fā)生故障幾率較高的電纜接頭處的故障，并且也不能提供故障定位，因此其實用性差。

弧光保護專門用于來保護中低壓開關(guān)柜母線，它的動作時間快，相比于傳統(tǒng)的保護系統(tǒng)，更具優(yōu)越性，它采用弧光和電流閉鎖的方法來進行雙重判斷，增加了可靠性和性。它在發(fā)生故障時，能準(zhǔn)確地定位，可減少維修人員查找故障點的時間，大大減短了維修時間，從而保障事故檢修之后快速恢復(fù)供電。

RS-810系列母線弧光保護裝置弧光保護系統(tǒng)是我公司根據(jù)國內(nèi)實際情況，吸收國外電弧光保護的特點，結(jié)合行業(yè)檢測及保護配置相關(guān)規(guī)程，自主研發(fā)出具有獨特創(chuàng)新技術(shù)、具有廣泛實用性、高可靠性的新型電弧光保護系統(tǒng)。采用弧光檢測和過電流檢測雙判據(jù)原理，具有保護動作速度快、可靠性高等特點。

RSH-810系列母線弧光保護裝置可以起到以下作用：

1)減少或降低電弧光對于人體的傷害;

2)減少或降低電弧光短路故障對于設(shè)備的損害;

3)避免變壓器因近距離母線故障造成動穩(wěn)定破壞，延長變壓器的使用壽命;

4)縮短電弧光故障切除時間，避免波及站內(nèi)直流系統(tǒng)造成重大損失;

5)減少因電弧光故障造成設(shè)備停運的時間，更快地恢復(fù)供電;

電弧光保護系統(tǒng)，主要應(yīng)用于以下場合：

1)電力變電站

2)火電廠電氣段開關(guān)柜母線室及饋線柜

3)風(fēng)電場升壓站集電線路開關(guān)柜

4)箱式變電站

5)鋁鎂行業(yè)大型直流整流柜

6中低壓開關(guān)柜母線弧光保護的應(yīng)用案例廣泛應(yīng)用于中低壓開關(guān)柜母線保護。

(1) 某煤礦10kV開關(guān)柜母線弧光保護

(2) 某加油站0.4kV開關(guān)柜母線弧光保護

結(jié)語

中低壓系統(tǒng)母線的保護，不僅需要、熟練地掌握技術(shù)，還需要一些保護系統(tǒng)來協(xié)調(diào)配合完成，而弧光保護作為一個理想的解決方法，可以合理地解除故障，減少設(shè)備維護的次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，提高電力系統(tǒng)的性和可靠性。

審核編輯：湯梓紅