【節(jié)能學(xué)院】弧光保護(hù)在中壓開(kāi)關(guān)柜中的研究與應(yīng)用

摘要：針對(duì)中壓開(kāi)關(guān)柜弧光故障的特點(diǎn)，進(jìn)行弧光保護(hù)選型和方案配置，并介紹其在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的安裝位置。

關(guān)鍵詞：中壓開(kāi)關(guān)柜；弧光保護(hù)；方案配置；安裝位置

Part 1

前言

隨著電力系統(tǒng)配電網(wǎng)容量的逐漸，中低壓設(shè)備故障對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響越來(lái)越嚴(yán)重，近年來(lái)，中壓開(kāi)關(guān)柜由于絕緣損壞、操作失誤、設(shè)備老化等因素頻繁發(fā)生弧光故障事故，不僅影響供電系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，還會(huì)造成嚴(yán)重的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。

圖1 開(kāi)關(guān)柜弧光故障事故圖

圖2 電弧能量-時(shí)間曲線

弧光故障事故的危害程度取決于弧光電流及切除時(shí)間，電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數(shù)規(guī)律快速上升?；」猱a(chǎn)生初期（總切除時(shí)間不超過(guò)100ms）對(duì)設(shè)備損傷比較小，傳統(tǒng)的電流保護(hù)和接地故障保護(hù)由于檢測(cè)周期長(zhǎng)，動(dòng)作時(shí)間慢，不能避免弧光故障的危害。因此，很有必要引入快速切除弧光故障的保護(hù)系統(tǒng)。安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置通過(guò)弧光+電流突變量雙重判據(jù)或弧光單判據(jù)啟動(dòng)保護(hù)，其弧光單判據(jù)動(dòng)作時(shí)間≤7ms；弧光+電流雙判據(jù)動(dòng)作時(shí)間≤20ms，為快速切除中低壓弧光故障提供了技術(shù)支持。

Part 2

弧光保護(hù)選型

我們經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，選定安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)進(jìn)行研究。

ARB5系列弧光保護(hù)裝置主要由ARB5-M主控單元、ARB5-S弧光探頭組成。

ARB5-M主控單元特點(diǎn)

（1）啟動(dòng)條件可選弧光單判據(jù)或弧光+電流雙判據(jù)。其中電流突變量啟動(dòng)系數(shù)可整定范圍為0.05~10In，電流常量啟動(dòng)系數(shù)可整定范圍為0.05~10In。

（2）11路可編程跳閘出口。

（3）4組3相電流采集。

（4）支持20路弧光探頭信號(hào)采集。

（5）弧光故障點(diǎn)定位。

（6）弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢。

（7）4組失靈保護(hù)。

（8）支持IEC61850，便于組建數(shù)字化智能配電站系統(tǒng)。

ARB5-S弧光探頭特點(diǎn)

（1）自帶濾光功能。

（2）無(wú)源型弧光傳感器。

（3）探測(cè)角度≥180°。

Part 3

弧光保護(hù)方案及動(dòng)作邏輯

本文結(jié)合某水廠10kV供電系統(tǒng)工程，介紹安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)配置方案。該工程涉及10kV I、II 段母線，共計(jì)12個(gè)回路，其中01、12柜為進(jìn)線柜，06柜為母聯(lián)柜，07柜為母聯(lián)隔離柜，05、08柜為PT柜，02、03、04、09、10、11柜為出線柜。

圖3 一次圖及弧光配置圖

圖4 開(kāi)關(guān)柜布局圖

弧光保護(hù)配置方案是在兩段母線上分別配置一臺(tái)ARB5-M主控單元，安裝位置為進(jìn)線柜（或PT柜）儀表室的柜門(mén)上；每柜的母線室、手車(chē)室、電纜室（如有）各安裝一個(gè)ARB5-S弧光探頭。

保護(hù)動(dòng)作邏輯為母線室或手車(chē)室弧光故障動(dòng)作于跳閘進(jìn)線和母聯(lián)開(kāi)關(guān)，電纜室弧光故障動(dòng)作于跳閘出線回路開(kāi)關(guān)。

圖5 ARB5-M弧光主控單元背板接線示意圖

Part 4

弧光探頭安裝位置

弧光探頭可面板開(kāi)孔安裝，亦可支架式安裝。

ARB5-S弧光探頭有兩種固定方式：卡扣式和螺絲式。

卡扣固定：

圖6 卡扣式固定方式開(kāi)孔尺寸

螺絲固定：

圖7 螺絲式固定方式開(kāi)孔尺寸

安裝探頭時(shí)應(yīng)選擇安裝位置，避免出現(xiàn)檢測(cè)盲區(qū)，并且應(yīng)遵循以下原則。

弧光探頭建議安裝地點(diǎn)包括（但不于）母線室、手車(chē)室、電纜室。

弧光傳感器建議安裝容易產(chǎn)生電弧的位置。在開(kāi)關(guān)柜有斷路器的情況下：在母線觸頭連接處、上或下隔離開(kāi)關(guān)（2處）觸頭處、電流互感器觸頭處、電纜接頭處。在開(kāi)關(guān)柜無(wú)斷路器的情況下：在母線觸頭連接處、上和下隔離開(kāi)關(guān)觸頭處（1處）、電纜接頭處。

封閉式母線橋架在橋架兩端需要安裝弧光傳感器。若考慮實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜的整體保護(hù)，可以在開(kāi)關(guān)柜的斷路器室和電纜室各安裝1個(gè)弧光傳感器。

母線室

圖8 母線室開(kāi)孔位置

手車(chē)室

圖9 手車(chē)室開(kāi)孔位置

電纜室

圖10 電纜室開(kāi)孔位置

Part 5

結(jié)束語(yǔ)

該水廠10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)已投運(yùn)兩年。安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)邏輯清晰、安裝簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速可靠，廣泛應(yīng)用于水務(wù)、電廠、醫(yī)療、工業(yè)、交通等行業(yè)項(xiàng)目。