淺析電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用

文章更新時間：2023-11-28　點擊量：714

摘要：電弧保護(hù)在變電站運行過程中具有重要意義。本文分析了電力系統(tǒng)中中低壓設(shè)備的運行問題，提出了電弧保護(hù)方法，快速切除變電站運行過程中的故障點，保證變電站的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵字：電弧保護(hù)；變電站；安全穩(wěn)定運行；燃弧耐受時間

引言

在變電站運行過程中，安全性和穩(wěn)定性是一個重要因素。近年來，由于室內(nèi)開關(guān)柜占地面積小、操作集中、運行維護(hù)方便等特點，越來越多的事故因各種原因?qū)е麻_關(guān)設(shè)備在變電站運行過程中被嚴(yán)重?zé)龤АＷ冸娬臼鹿侍幚聿划?dāng)會直接影響變電站運行的安全性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致電網(wǎng)事故不斷擴(kuò)大，不僅會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會造成人員傷亡。在變電站設(shè)計過程中，為了保證變壓器、母線和開關(guān)設(shè)備的安全運行，保護(hù)裝置按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行配置。但目前國內(nèi)35kV及以下母線一般不配備快速母線保護(hù)，而是通過變壓器的后備過流保護(hù)來切除母線故障，后備保護(hù)動作至少切除故障時間為0.5。s，因此，對設(shè)備的損壞程度增加。所以，在變電站低壓開關(guān)柜中配置電弧保護(hù)，一旦出現(xiàn)故障，可及時切除故障，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

1中低壓開關(guān)柜設(shè)備運行過程中存在的問題及運行要求

1.1開關(guān)柜設(shè)備運行過程中存在的問題

在變電站設(shè)計過程中，母線將設(shè)置在110kV及以上的母線上。電壓等級在35kV及以下的母線系統(tǒng)一般不配備快速母線保護(hù)，而是依靠上變壓器的后備過流保護(hù)來切除母線短路故障，導(dǎo)致故障切除時間延長，設(shè)備損壞程度增加。

母線在設(shè)備使用過程中運行頻繁，設(shè)備絕緣老化、機(jī)械磨損是不可避免的現(xiàn)象。如果運行條件發(fā)生變化，人為操作失誤，母線故障率會上升，對變電站的運行存在安全隱患。

1.2開關(guān)柜安全運行要求

（1）開關(guān)柜內(nèi)部的電弧耐受時間。按照IEC298標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)柜內(nèi)部的電弧耐受時間為100ms。目前市場上銷售的開關(guān)柜都是按照這個標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)計的，開關(guān)柜使用過程中可以承受的電弧燃燒時間為100ms。由于電弧光故障通常發(fā)生在斷路器運行前，故障短路電弧始終處于燃燒狀態(tài)，保護(hù)運行時間與斷路器分閘時間之和是電弧燃燒的持續(xù)時間。因此，從保護(hù)開關(guān)柜的角度來看，保護(hù)動作應(yīng)在100ms內(nèi)快速響應(yīng)，以防止電弧短路故障。

（2）開關(guān)柜弧線故障保護(hù)。除加強(qiáng)開關(guān)柜結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)對母線配置進(jìn)行快速保護(hù)，在開關(guān)柜耐受弧線時間內(nèi)切除故障，從根本上限制故障電弧，對開關(guān)設(shè)備的損壞和人員安全造成危害。

2電弧光母線保護(hù)系統(tǒng)

電弧保護(hù)是一種快速可靠的母線保護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)檢測電弧和過流的原理，可以快速響應(yīng)變電站的故障，適用于各種運行方式，為變電站的低壓母線保護(hù)提供了解決方案。電弧保護(hù)系統(tǒng)主要包括以下幾個方面:

2.1主單元

主單元是電弧保護(hù)系統(tǒng)的主要組成部分，主要檢測短路電流和電弧傳感器的運動信息，處理和判斷收集到的故障信息，從而發(fā)出故障處理信號，切除故障。電弧保護(hù)系統(tǒng)只有在同時檢測到電弧和過流時才會發(fā)出相應(yīng)的切斷閘指令。如果進(jìn)線斷路器沒有及時移動切除故障，系統(tǒng)將啟動斷路器的失靈保護(hù)邏輯，發(fā)出跳閘指令，跳過上級斷路器進(jìn)行故障切除。此外，電弧保護(hù)系統(tǒng)的主單元將根據(jù)輔助單元傳輸?shù)碾娀⌒畔⒋_定故障。

2.2輔助單元

電弧保護(hù)系統(tǒng)的輔助單元通常安裝在開關(guān)柜中，每個輔助單元可以連接10個電弧傳感器、1個溫度傳感器和1個便攜式電弧傳感器。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)電弧故障時，輔助單元可以收集電弧傳感器中傳輸?shù)膭幼餍畔ⅲ⑵鋫鬏斀o主單元，然后分析并響應(yīng)故障。輔助單元和電弧傳感器的地址號碼可以顯示在主單元中，有助于及時解除故障。

2.3弧光傳感器

弧光傳感器是感應(yīng)故障的主要組成部分，安裝在開關(guān)柜的每個間隔室。弧光傳感器是光感應(yīng)元件。如果出現(xiàn)弧光故障，光強(qiáng)度會大大增加，傳感器會檢測光強(qiáng)度，將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號，并傳輸?shù)捷o助單元。

2.4電流單元

電流單元主要檢測系統(tǒng)中的電流變量，并將其發(fā)送到主控單元，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，然后將處理結(jié)果作為判斷系統(tǒng)電流的依據(jù)。

2.5電弧保護(hù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用弧光檢測和過流檢測的方法，實現(xiàn)對整個變電站運行設(shè)備的雙重檢測和判斷。如果同時檢測到弧光和電流增量信號，說明設(shè)備和系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要快速啟動繼電器，發(fā)出跳閘指令。當(dāng)系統(tǒng)只檢測到其中一個信號時，只需發(fā)出報警信號，通知技術(shù)人員系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

安裝電弧保護(hù)裝置的設(shè)備和系統(tǒng)具有斷路器故障保護(hù)功能，即當(dāng)進(jìn)線斷路器拒動時，會發(fā)出越級跳閘信號，從而切斷上短路信號，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3電弧保護(hù)在變電站中的應(yīng)用

本論文以某變電站為例，分析和探討了電弧保護(hù)在變電站中的應(yīng)用。

ARB5型弧光保護(hù)系統(tǒng)用于某變電站的安裝，近年來系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定可靠，在保護(hù)母線方面發(fā)揮了重要作用。本工程的接線方式為2條電源進(jìn)線，單母分段，共有14面開關(guān)柜和2座母線橋。弧形保護(hù)配置主要有：ARB5主控單元，16個光探頭，300米光纖。在10kV進(jìn)線柜的面板上安裝主控單元，在14面柜和兩個母線槽中安裝光探頭。安裝本工程時，在運行過程中的變電站上安裝弧光設(shè)備。因此，由于停電時間短，需要提前做好準(zhǔn)備，以確保安裝調(diào)試工作能夠完成。安裝步驟主要包括以下幾個方面：(1)根據(jù)變電站安裝弧光系統(tǒng)的實際情況，由弧光系統(tǒng)設(shè)備制造商的設(shè)計者設(shè)計電氣安裝圖紙，將圖紙?zhí)峁┙o變電站相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行審核，并根據(jù)變電站的實際情況進(jìn)行改進(jìn)，直至圖紙符合要求。(2)準(zhǔn)備安裝所需的輔助材料和配件。變電站應(yīng)根據(jù)設(shè)計師提供的圖紙，提前在開關(guān)柜上打開設(shè)備和壓板安裝孔，為安裝做好準(zhǔn)備。變電站確定停電時間后，應(yīng)提前通知廠家，由廠家安排技術(shù)人員到現(xiàn)場配合安裝。變電站停電時要考慮綜合因素，確定具體時間。(4)主控制裝置應(yīng)在停電前一天安裝。停電后，變電站技術(shù)人員應(yīng)安排常見的弧形設(shè)備技術(shù)人員，打開開關(guān)柜門，安裝后及時關(guān)閉柜門。(5)電源的進(jìn)線、母線和總控制單元之間的CT線可以在變電站技術(shù)人員的幫助下敷設(shè)，變電站也應(yīng)敷設(shè)弧形保護(hù)出口的跳開關(guān)。(6)制造商的技術(shù)人員應(yīng)完成具體的安裝和調(diào)試過程。(7)所有設(shè)備調(diào)試完畢后，由廠家技術(shù)人員對變電站技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)。訓(xùn)練結(jié)束后要進(jìn)行測試，測試合格后才能完成整個項目。

在本項目中，電弧保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實際系統(tǒng)的實際情況，在技術(shù)方面，電弧保護(hù)裝置應(yīng)能提供“故障報警信號"、將“故障動作信號"發(fā)送到計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，有助于計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備運行過程中的故障和問題，提高解決效率，減少對電力傳輸?shù)挠绊憽Ｍ瑫r，電弧保護(hù)的出口跳閘繼電器應(yīng)滿足不低于5W的啟動功率、動作電壓在55-70之間，動作時間不小于10ms。

安裝弧光保護(hù)系統(tǒng)時，應(yīng)遵循一定的技術(shù)規(guī)范：(1)安裝KGN柜。安裝KGN櫥柜時，應(yīng)按照保護(hù)母線隔斷室和母線側(cè)隔離刀閘室的原則，安裝在櫥柜上部和中部，既能保證足夠的絕緣距離，又能有足夠的角度檢測櫥柜內(nèi)的弧線是否符合要求。對于本項目35kV的開關(guān)柜，應(yīng)在母線隔斷室和母線側(cè)隔離閘室安裝弧形傳感器。如果是10kV，如果母線和母線側(cè)隔離閘同時在一個房間，則只需安裝弧形傳感器。如果母線和母線側(cè)隔離閘不在同一個房間，則需要單獨安裝弧形傳感器。(2)安裝KYN柜。安裝KYNN柜時，只能安裝在母線隔間內(nèi)，安裝在上中間，既能保證足夠的絕緣距離，又能保證柜內(nèi)的弧線能及時檢測到。(3)為避免電弧保護(hù)的無選擇性跳閘，應(yīng)進(jìn)一步簡化二次電路，變電站35kV和10kV母線應(yīng)分列運行。(4)新建變電站在投產(chǎn)前應(yīng)安裝相應(yīng)的電弧保護(hù)裝置，運行變電站可根據(jù)開關(guān)柜的大修情況，安裝電弧保護(hù)裝置。

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