淺談電弧光保護(hù)裝置在電網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要：隨著我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益堅(jiān)強(qiáng)與壯大，對電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)備“四性”的要求也越來越高，尤其是對快速性的要求達(dá)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(hù)，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(hù)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。

介于以上問題，本文著重討論了電弧光保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)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(hù)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)中位于前幾位，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(jì)的發(fā)展，地區(qū)負(fù)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(hù)選擇性和靈敏性等原因，傳統(tǒng)的保護(hù)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(hù)的優(yōu)勢

1.1、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。

1.2、全數(shù)字化設(shè)計(jì)：

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

1.3、保護(hù)原理簡單、合理

根據(jù)弧光產(chǎn)生時的特點(diǎn)，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。

1.4、強(qiáng)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。裝置完全滿足EMC的標(biāo)準(zhǔn)，保證了弧光保護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和動作的可靠性。

1.5、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(hù)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(xì)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(qiáng)。

1.6、多種輔助保護(hù)功能

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

2 弧光保護(hù)的系統(tǒng)組成

2.1、主控單元

主控單元是母線型弧光保護(hù)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(jìn)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(jìn)線柜或緊鄰進(jìn)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(bào)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。

2.2、輔助單元

弧光采集單元與主控單元配合使用，是弧光保護(hù)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。

2.3、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(hù)單元。

3 弧光保護(hù)的方案配置

分布式弧光保護(hù)系統(tǒng)由弧光保護(hù)主機(jī)單元和若干弧光采集單元組成?；」庵鳈C(jī)單元采集母線的進(jìn)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(shí)時進(jìn)行邏輯運(yùn)算。發(fā)生弧光故障時，弧光主機(jī)單元動作，跳開相應(yīng)的進(jìn)線、或分段開關(guān)?；」獠杉瘑卧獙?shí)時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(jī)單元。

一般情況，整個母線段配置1臺弧光主機(jī)單元；每臺弧光保護(hù)主機(jī)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(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(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

6安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護(hù)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(hù)設(shè)施是非常有必要的。電弧光保護(hù)系統(tǒng)具有原理簡單、靈敏度高、動作迅速可靠等優(yōu)點(diǎn)，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(xiàng)母的高壓廠電系統(tǒng)中，電弧光保護(hù)裝置已得到了應(yīng)用，至今運(yùn)行良好。隨著應(yīng)用實(shí)例的不斷增加，其運(yùn)行可靠性也將更加完善。

審核編輯 ：李倩