淺談電弧光保護(hù)裝置在水電站的配置方案

摘要：本文介紹了電弧光保護(hù)在水電站的配置及應(yīng)用，提供給相關(guān)人員參考。

0前言

電弧光是由于發(fā)生相間短路或接地短路時(shí)空氣電離而形成的。在我國(guó)電力系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電弧光故障時(shí)有發(fā)生，而一旦發(fā)生弧光故障將對(duì)人身及設(shè)備會(huì)帶來(lái)大的損害。

水輪發(fā)電機(jī)組出口母線(xiàn)開(kāi)關(guān)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(shí)，是否能迅速地切除故障，對(duì)電站的生產(chǎn)至關(guān)重要。因?yàn)閲?guó)標(biāo)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50062)及現(xiàn)行的電力行業(yè)規(guī)程規(guī)范未對(duì)6KV(10KV)母線(xiàn)保護(hù)作明確規(guī)定，因此水電站發(fā)電機(jī)出口母線(xiàn)一般未配置專(zhuān)用的快速母線(xiàn)保護(hù)，針對(duì)目前水電站中壓母線(xiàn)保護(hù)配置的現(xiàn)狀，非常有必要增設(shè)快速保護(hù)。國(guó)內(nèi)一些專(zhuān)家也一直強(qiáng)調(diào)裝設(shè)專(zhuān)用中低壓母線(xiàn)保護(hù)的重要性，用戶(hù)也希望可以提供一種造價(jià)較低，原理簡(jiǎn)單、適用于6-35KV的母線(xiàn)保護(hù)，以大限度減少母線(xiàn)故障對(duì)設(shè)備的損害，提高輸電可靠性。

1配置弧光保護(hù)的必要性

在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級(jí)的母線(xiàn)由于沒(méi)有穩(wěn)定問(wèn)題，一般未裝設(shè)母線(xiàn)保護(hù)。然而，由于中低壓母線(xiàn)上的出線(xiàn)多，操作頻繁，三相導(dǎo)體線(xiàn)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(xiàn)的故障幾率比高壓、壓母線(xiàn)高得多。但長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)中低壓母線(xiàn)的保護(hù)一直不夠重視，也未發(fā)現(xiàn)先進(jìn)合理的解決方案，因此，大多采用帶有較大延時(shí)的后備保護(hù)來(lái)切除母線(xiàn)上的故障，往往使故障被發(fā)展、擴(kuò)大，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。究其原因大多是因?yàn)闆](méi)有裝設(shè)中低壓母線(xiàn)保護(hù)，未能快速切除故障所造成。所以，為了保證變壓器及母線(xiàn)開(kāi)關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求，迫切需要配置專(zhuān)用中低壓母線(xiàn)保護(hù)。

在這種情況下，電弧光保護(hù)成為了廣大水電站用戶(hù)中低壓母線(xiàn)保護(hù)的理想選擇。專(zhuān)用母線(xiàn)電弧光保護(hù)不僅動(dòng)作速度快，可靠性高而且與其它專(zhuān)用母線(xiàn)保護(hù)相比具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)于2004年開(kāi)始使用進(jìn)口專(zhuān)用母線(xiàn)電弧光保護(hù)，目前電力系統(tǒng)，尤其是發(fā)電系統(tǒng)，

約70-80的新建電廠(chǎng)均采用了專(zhuān)用母線(xiàn)電弧光保護(hù)。

2采用專(zhuān)用母線(xiàn)電弧光保護(hù)的好處

由于光電式電弧光保護(hù)系統(tǒng)測(cè)量的光和電是兩個(gè)完全不同物理性質(zhì)的參數(shù)，采用光信號(hào)，故障電流信號(hào)雙判據(jù)的動(dòng)作原理決定了他的誤動(dòng)率要比系統(tǒng)中其他主保護(hù)(包括發(fā)電機(jī)，變壓器、線(xiàn)路)誤動(dòng)概率要小，既能保障高壓開(kāi)柜運(yùn)行，又不會(huì)影響電站正常生產(chǎn)。

采用專(zhuān)用母線(xiàn)電弧光保護(hù)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）保護(hù)附近工作人員免受電弧光對(duì)人身的傷害。

2）保護(hù)中低壓設(shè)備免受?chē)?yán)重破壞，防止火災(zāi)發(fā)生。

3）保護(hù)主變壓器或者廠(chǎng)用變壓器免受?chē)?yán)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(jì)損失。

5）大限度地減少用戶(hù)的停電時(shí)間(用戶(hù)停電恢復(fù)時(shí)間，由原來(lái)的2-3個(gè)星期減少到幾個(gè)小時(shí)以?xún)?nèi)）。

6）延長(zhǎng)現(xiàn)有開(kāi)關(guān)設(shè)備的使用壽命。

3水電站電弧光保護(hù)系統(tǒng)的配置方案

3．1電弧光保護(hù)系統(tǒng)配置

電弧光保護(hù)系統(tǒng)一般由主單元、擴(kuò)展單元及電弧光傳感器組成，由于采用弧光傳感器檢測(cè)電弧光，并通過(guò)高速固態(tài)出口輸出斷路器跳閘信號(hào)，該系統(tǒng)對(duì)電弧光的反應(yīng)速度從檢測(cè)到電弧光到發(fā)出跳閘信號(hào)快時(shí)間不超過(guò)7毫秒。

電弧光系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作機(jī)制：傳感器在檢測(cè)到母線(xiàn)弧光故障后，將弧光信號(hào)傳送給擴(kuò)展單元，然后擴(kuò)展單元通過(guò)總線(xiàn)將信號(hào)再傳遞給主單元。主單元在收到信號(hào)后，將向斷路器發(fā)出跳閘信號(hào)將進(jìn)線(xiàn)斷路器跳聞，從而電弧光的發(fā)展。

當(dāng)傳感器檢測(cè)到電纜室的弧光故障時(shí)，擴(kuò)展單元可直接跳本柜的斷路器，而不會(huì)影響到進(jìn)線(xiàn)。

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(shí)，如果是裝置故障，將閉鎖跳閘出口，避免誤動(dòng)作；此信號(hào)可由一個(gè)告警節(jié)點(diǎn)輸出至告警小母線(xiàn)或信號(hào)采集裝置。

2)母線(xiàn)因故產(chǎn)生電弧光，相應(yīng)母線(xiàn)室的弧光傳感器檢測(cè)到弧光后，將信號(hào)上傳到擴(kuò)展單元。

3）若為母線(xiàn)分段運(yùn)行，各主單元在收到弧光信號(hào)的同時(shí)，比較自身采集到的電流信號(hào)。弧光和電流均滿(mǎn)足判據(jù)，則為本段母線(xiàn)發(fā)生弧光，發(fā)出跳閘信號(hào)，本段進(jìn)線(xiàn)斷路器跳閘，從而熄滅電弧，同時(shí)給出跳閘信號(hào)。

4）如果電纜室發(fā)生弧光故障，則相應(yīng)的擴(kuò)展單元?jiǎng)幼?，跳相?yīng)的本柜斷路器。

5）若為單進(jìn)線(xiàn)運(yùn)行帶I、Ⅱ段母線(xiàn)，各母線(xiàn)的主單元收到弧光信號(hào)的同時(shí)，立即將弧光信號(hào)同步轉(zhuǎn)發(fā)至另外一個(gè)主單元。則工作進(jìn)線(xiàn)的主單元收到弧光信號(hào)(本段傳來(lái)信號(hào)或者另一臺(tái)主單元轉(zhuǎn)發(fā)),且電流滿(mǎn)足條件，則發(fā)出跳閘信號(hào)，跳開(kāi)分段斷路器，從而熄滅電弧，同時(shí)給出跳間信號(hào)，并保證其它母線(xiàn)正常運(yùn)行。

6）失靈保護(hù)：若母聯(lián)斷路器失靈，則啟動(dòng)失靈保護(hù)跳低壓側(cè)進(jìn)線(xiàn)；若低壓側(cè)進(jìn)線(xiàn)失靈，則啟動(dòng)失靈保護(hù)跳高壓側(cè)斷路器。

7）若各段母線(xiàn)的主單元退出運(yùn)行，則該段弧光保護(hù)退出。

4安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說(shuō)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(guò)20米。

（4）如有特殊要求，請(qǐng)?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(chǎng)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

7結(jié)束語(yǔ)

隨著人們對(duì)電弧光故障的進(jìn)一步研究和認(rèn)識(shí)，許多水電站已開(kāi)始應(yīng)用電弧光保護(hù)系統(tǒng)，像我公司設(shè)計(jì)的斜卡水電站、撒多水電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜均配置了電弧光保護(hù)。

我們建議水電站35kV以下母線(xiàn)增設(shè)電弧光保護(hù)系統(tǒng)作為母線(xiàn)主保護(hù)，從而彌補(bǔ)目前只有母線(xiàn)后備保護(hù)的技術(shù)缺陷。減少或避免開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電弧光故障帶來(lái)的人身傷害，提高生產(chǎn)率：使開(kāi)關(guān)及變壓器等主要設(shè)備損失降到低，在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)；為水電站“無(wú)人值班、少人值守”生產(chǎn)模式提供必要的保障。