浅谈电弧光母线保护系统在中压开关柜的应用.docx

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1、浅谈电弧光母线保护系统在中压开关柜的应用宋兵兵安科瑞电气股份有限公司上海嘉定201801摘要：结合工程实际介绍了电弧光的定义及危害、电弧光保护系统的构 成及控制原理。关键词：电弧光；危害；保护；控制；原理。引言电弧光现象是两相之间或相地之问因电离加剧引起空气导电的现 象。弧光放电的条件是小间隙和大电流。弧光点温度发生电弧白光时，是太阳表面温度的2倍；弧光的照 度达8000 9000lx ,而人眼能承受光强为300lx以下;弧光爆破压达 120kPa ,而人体能承受的压力为7 . 5kPa ;弧光燃烧带来强烈的声响 和震动，也超过人体能承受的。电弧光引起的事故对人员和设备都会造 成很大的危害。电

2、气短路引起电弧燃烧在配电系统开关柜中一旦发生，就会引起 诸如爆炸、燃烧等较大的设备材料损毁，危害电力系统运行的和稳定， 还会对人员造成很大危害。1装设电弧光保护的必要性1. 1电力工业发展的需要一方面，随着国家电力工业的快速发展，中低压开关柜的应用数 量越来越多，由于开关柜弧光短路故障引发的中低压母线故障时有发生, 并且也发生过主变压器由于遭受外部短路电流冲击损坏的事故，经济损 失严重；另一方面，用户对供电的可靠性要求也越来越高；因此，在中 低压开关柜装设专用快速母线保护电弧光保护是有必的。1 . 2开关柜内部燃弧耐受时间的需求当开关柜内部弧光短路故障时JEC298标准附录中规定的内部燃 弧时

3、间是IOomS ,也就是说开关柜可以承受的电弧燃烧时问，即保护 动作和断路器切除故障的时间之和应小于IOOinS ,此时才能达到保护 开关柜的目的。目前市场上销售的开关柜基本上是按照1EC298标准生 产的，即开关柜可以承受的电弧燃烧时间为100ms。表1为国外对各 种燃弧持续时间下设备损害程度的试验结果。表1不同燃弧持续时间下对设备造成的损坏电X娟健 MM及。明B的IMM；. 粉可以在种青恰修电阻行IOO*.住开吴机耳次投入运行以而仅 而要通有博心虚可*的慕小ItFP5W改，挨坏得产0/ I作人员可庵受到产， 值必景更犊部分g*才可以脚Bt人还行1 .3变压器动稳定时间及中低压母线保护动作时

4、间的要求国标规定的IIOkV及以电压等级的变压器的热稳定允许叫问为 2S ,动稳定时间为0.25So但实际上，在低压侧出口短路故障时，过 流后备保护切除动作时间往往在2S以上，距变压器的动稳定时间要求 0.25S相差甚远，这也是造成变压器损坏的重要原因。1.4现有的中低压母线保护方式及存在的问题1.4.1 变压器后备过流保护这是目前国内应用*广泛的中低压母线保护方式。由于考虑到与馈 线和母线分段开关的配合，保护跳闸时间一般挚定为1.O 1.4S ,有 的甚至更长，达2.OS以上。这一动作时间远远不能满足快速切除中低 压母线故障的要求。1.4.2 馈线过流闭锁变压器过流保护近年来采用馈线过流闭锁

5、变压器过流保护的应用较为广泛,与变 压器后备过流保护方式相比，其动作速度有了一定的提高，典型动作时 间为300 400InSo但仍难以在IoomS以内切除故障。1.4.3 采用环流原理的高阻抗母线保护这种保护方式典型的保护动作时间为3560IIISo考虑到断路器 的分闸时间，这一动作速度对要求IOOins以内切除故障来说，常常也 不能满足要求。并且这种保护方式的接线复杂，对TA的质量要求高， 安装在有很多出线的635kV母线上非常困难，也不经济。此外，由 于其保护范围受到TA安装位置的限制，不能保护到发生故障儿率较高 的电缆室电缆接头处的故障,因此,并不适合应用于中低上母线保护。 从实际应用情

6、况来看，现有的保护方式显然不能满足快速切除母线故障 或保护覆盖范围的要求，因此，在中低压母线和开关柜装设一种快速的 母线保护是必要的，也足迫切的。2电弧光母线保护系统的应用刚果（金）也称刚果民主共和国，地处非洲大陆中部，ZoNGOll水 电站是刚果民主共和国的水电站，当地电厂技术人员运行水平较低，因 此ZoNGOn水电站厂用电IOkV设计电弧光保护是非常有必要的。2 . 1保护对象保护对象是该电站厂用电IokVI、n、In段母线。整套系统由主 单元、辅助单元和弧光传感器连接电缆组成。在每个开关柜母线室内安 装1个弧光传感器，在母联断路器和母联隔离车安装1个弧光传感器, 在母线桥加装1个弧光传感

7、器，在TV柜内安装1个弧光传感器，通过 弧光传感器把采到的弧光信号传送给主单元。2 . 2电弧光母线保护原理电弧光保护原理很简单，主要动作依据为故障产生的2个不同因 素：弧光及电流增量。当同时检测到弧光和电流增量时发出跳闸命令。 也就是说，当系统发生故障时，弧光传感器将弧光信号转化为电信号传 给主单元，主单元检测电流信号，如果达到启动值即发出跳闸信号。主 单元装置动作时间为57ms ,断路器动作时间为35 60ms ,可以在 IOOms以内切除故障。当弧光传感器采集到弧光信号、主单元采集到进线过流信号时， 将启动跳闸继电器跳开进线断路器，同时将动作信号（硬接点）传递给后 台监控系统。系统拥有完

8、善的自检功能，能实时在线自检，系统自检告 警信息可以在装置上看到，也可通过主单元的告警继电器送到后台。当 任意一段母线出现故障时，都只会跳开该段母线的进线断路器，其他段 母线仍会正常运行。在母联开关运行时，跳开故障母线进线断路器和母联断路器。其 中弧光判据的启动条件为：光强度超过80001x ,电流超过负荷电流。 2 . 3电弧光母线保护系统结构电弧光保护系统结构如图所示，由主单元、辅助单元、弧光传感器和连接电缆构成。图图图1.1巡光保护芸置典型配置方案IMnre -QGeoe。Oejeree图12巡光保护装构成方式2.3.1主单元主单元通过检测短路电流和来自弧光传感器的动作信息,并对收 集的

9、数据进行处理、判断，发出跳闸信号以切除故障。该系统在同时检 测到弧光和过流时发出跳闸指令。在进线断路器未能动作切除故障时， 它将启动断路器失灵保护逻辑，发出跳闸指令给上级断路器切除故障。 此外，主单元根据弧光传感器送来的动作信息和温度传感器测量的温度, 提供弧光故障点的定位和温度报警信息。2.3.2弧光传感器弧光传感器安装在开关柜各间隔室中，对各种接线的中压开关 柜提供有选择性的保护。弧光传感器作为光感应元件，将检测在发生弧 光故障时突然增加的光强，并将光信号转换成电流信号传送给主单元， 一般它作为弧光保护系统中的主要故障判据。3安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明ARB5-弧光主控单元技术

10、参数代码代码说明邨光主控板数00块主控板，可接0块采集板信号11块主控板，可接6块采集板信号22块主控板，可接12块采集板信号33块主控板，可接18块采集板信号44块主控板，可接24块采集板信号弘光采集板数00块采集板，可直接采集0个弧光探头信号11块采集板，可直接采集5个邨光探头信号22块采集板，可直接采集10个孤光探头信号33块采集板，可直接采集15个弧光探头信号44块采集板，可直接采集20个孤光探头信号电流输入1IA5电源1装置电源为DCllOV,开入电源DCllOV2装置电源为DC220V,开入电源DC220V3装置电源为ACIloV,开入电源DC24V(装置自带)4装置电源为AC22

11、0V,开入电源DC24V(装置自带)电源0不需要1支持s2支持 MMS, GoOSE(1) *表示可选附件，需要另外增加费用1500元。(2 )主控板和采集板数量之和不能大于4o(3 )弧光探头到采集板的长度不能超过20米。(4 )如有特殊要求，请特别注明。4安科瑞ARB5-M弧光保护产品功能和技术参数型号主要功能技术参数喝ARB5-M邨光保护主I 控单元3组邨光保护可选配4块采集板，1块采生垢HT正隹 R Qi2L +4组失灵保护4组电流回路TA监测4组三相电流采集11路可编程跳闸出口非电量保护支持20路孤光探头直接采 集。亦可选配4块主控板（即 可接入4台ARB5-E扩展单 元）1块主控板

12、可接收6块 采集板的探头，共支持120 路瓠光探头采集。装置故障告警2 路 RS4852路以太网1路打印接口1路IRIG-B码对时接口支持 IEC61850、odbusRTUs JnodbusTCP IEC103支持GOoSE输入输出（选配）.ARB5-E邨光保护扩 展单元弧光信号采集可选配6块采集板，1块采 集板可采集5路探头，共 支持30路邨光探头直接采 集。模拟状态传输需要配合ARB5-M主控单元使用ARB5-S弧光探头 a菰光信号监测点式孤光传感器，可安装于母线室、电缆室或断路器现场调试及工程服 务费视项目情况核价5安科瑞ARB5-M弧光保护产品现场安装弧光保护主控单元、探头安装图如下。6结论电弧光保护是电气保护一个新的分支，快速感光和过电流的逻辑 配合使其优越性表现更为突出。电弧光保护具有保护逻辑简单、动作迅 速等优点，现场安装、调试方便灵活，是常规继电保护的一个有效的补 充。随着电弧光保护在市场上日益广泛使用，产品价格也逐渐走低，更 多的领域已经能享受到先进技术带来的好处。刚果（金）ZONGOU ,水 电站厂用电IokV开关柜内采用电弧光保护设备,设备已经安装调试完 毕，使用效果良好。参考文献：1胡 楠，国佳.刚果（金）ZONGOII电站中压开关柜电弧光保护的应 用M2安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5 （版）.