【應(yīng)用案例】電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

  在變電站運(yùn)行過程中，安全性和穩(wěn)定性是一個(gè)重要因素。近年來，在變電站建設(shè)中，由于室內(nèi)開關(guān)柜占地面積小、操作集中、運(yùn)行維護(hù)方便，由于各種原因，越來越多的開關(guān)設(shè)備被嚴(yán)重?zé)龤В冸娬臼鹿侍幚聿划?dāng)將直接影響變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致電網(wǎng)事故擴(kuò)大，不僅造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還可能造成人員傷亡。在變電站設(shè)計(jì)過程中，為確保變壓器、母線、開關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行，按相關(guān)規(guī)范配置保護(hù)裝置，但目前國(guó)內(nèi)35kV及以下母線一般不配備快速母線保護(hù)，但由變壓器備用過流保護(hù)切除母線故障，備用保護(hù)動(dòng)作至少0.5s，這就增加了對(duì)設(shè)備的損壞程度。因此，變電站低壓開關(guān)柜配備電弧光保護(hù)，一旦出現(xiàn)故障，可及時(shí)切除故障，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

1.低壓開關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行中的問題及運(yùn)行要求

1.1開關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行中的問題

  在變電站設(shè)計(jì)過程中，110kV及以上母線設(shè)置母線，35kV及以下母線系統(tǒng)電壓等級(jí)一般不配置快速母線保護(hù)，但依靠變壓器備用過流保護(hù)切除母線短路故障，導(dǎo)致故障切除時(shí)間延長(zhǎng)，增加設(shè)備損壞程度。

  在設(shè)備使用過程中，母線操作頻繁，設(shè)備絕緣老化和機(jī)械磨損不可避免。運(yùn)行條件的變化和人工操作錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致母線故障率的增加，對(duì)變電站的運(yùn)行存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.2開關(guān)柜安全運(yùn)行要求

（1）開關(guān)柜內(nèi)的電弧耐受性時(shí)間。根據(jù)IEC298標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)柜內(nèi)的電弧耐受性為100ms。目前市場(chǎng)上銷售的開關(guān)柜是按照本標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)計(jì)的，開關(guān)柜在使用過程中可承受的電弧燃燒時(shí)間為100ms。由于電弧光故障一般發(fā)生在斷路器動(dòng)作前，故障短路電弧一直處于燃燒狀態(tài)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與斷路器開關(guān)時(shí)間之和是電弧燃燒的持續(xù)時(shí)間。因此，從開關(guān)柜保護(hù)的角度來看，保護(hù)動(dòng)作應(yīng)在100ms內(nèi)迅速響應(yīng)，切除電弧短路故障，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，造成更大的危害。

（2）開關(guān)柜弧光故障保護(hù)。除加強(qiáng)開關(guān)柜結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)快速保護(hù)母線配置，在開關(guān)柜耐火弧時(shí)間內(nèi)切除故障，從根本上限制故障電弧，損壞開關(guān)設(shè)備和人員安全。

2.電弧光母線保護(hù)系統(tǒng)

  弧光保護(hù)是一種快速可靠的母線保護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)檢測(cè)弧光和過流雙判據(jù)原理，可快速響應(yīng)變電站故障，適用于各種運(yùn)行方式，為變電站中低壓母線保護(hù)提供解決方案。弧光保護(hù)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)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(cè)電弧光傳感器的短路電流和動(dòng)作信息，處理和判斷收集到的故障信息，發(fā)出故障處理信號(hào)，切除故障。電弧光保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)在同時(shí)檢測(cè)到電弧光和過流時(shí)發(fā)出相應(yīng)的切斷指令。如果進(jìn)線斷路器沒有及時(shí)切斷故障，系統(tǒng)將啟動(dòng)斷路器故障保護(hù)邏輯，并向上級(jí)斷路器發(fā)出跳閘指令進(jìn)行故障切除。此外，電弧保護(hù)系統(tǒng)的主單元還將根據(jù)輔助單元傳輸?shù)碾娀」鈧鞲衅鞯膭?dòng)作信息確定電弧光故障點(diǎn)的位置，并發(fā)送溫度報(bào)警信息。

2.2輔助單元

  電弧保護(hù)系統(tǒng)的輔助單元一般安裝在開關(guān)柜內(nèi)，每個(gè)輔助單元可與10個(gè)電弧傳感器、1個(gè)溫度傳感器和1個(gè)便攜式電弧傳感器連接。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生電弧故障時(shí)，輔助單元可以收集電弧傳感器中傳輸?shù)膭?dòng)作信息，并將其傳輸給主單元，然后分析和響應(yīng)故障。輔助單元和電弧傳感器的地址號(hào)可顯示在主單元中，有助于及時(shí)解除故障。

2.3弧光傳感器

  弧光傳感器是感應(yīng)故障的主要部件，安裝在開關(guān)柜的每個(gè)間隔室內(nèi)。弧光傳感器是光感應(yīng)元件。如果出現(xiàn)弧光故障，光強(qiáng)度顯著增加，傳感器檢測(cè)光強(qiáng)度，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)并傳輸給輔助單元。

2.4電流單元

  電流單元主要檢測(cè)系統(tǒng)中的電流變量，并將其發(fā)送到主控單元進(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電弧光保護(hù)系統(tǒng)

  系統(tǒng)采用弧光檢測(cè)和過電流檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站運(yùn)行設(shè)備的雙重檢測(cè)和判斷，如果同時(shí)檢測(cè)弧光和電流增量信號(hào)，設(shè)備和系統(tǒng)故障，需要快速啟動(dòng)繼電器，發(fā)出跳閘指令，當(dāng)系統(tǒng)只檢測(cè)到一個(gè)信號(hào)時(shí)，只需發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知技術(shù)人員系統(tǒng)故障。

安裝電弧光保護(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)線斷路器拒絕移動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)出越級(jí)跳閘信號(hào)，切斷上短路信號(hào)，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用

  本文以變電站為例，分析討論了電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用。

  ARB5弧光保護(hù)系統(tǒng)安裝應(yīng)用于變電站。近年來，該系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定可靠，在保護(hù)母線方面發(fā)揮了重要作用。本工程接線方式為2條電源進(jìn)線，單母分段，共有14個(gè)開關(guān)柜和2座母線橋。弧光保護(hù)配置主要有：ARB5主控單元，16個(gè)光探頭，300米光纖。主控單元安裝在10kV進(jìn)線柜面板上，光探頭安裝在14面柜和兩個(gè)母線槽中。本工程安裝時(shí)，變電站在運(yùn)行過程中安裝弧光設(shè)備。

  因此，由于停電時(shí)間短，為確保安裝調(diào)試工作能夠完成，應(yīng)提前做好準(zhǔn)備。安裝步驟主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）根據(jù)變電站安裝弧系統(tǒng)的實(shí)際情況，弧系統(tǒng)設(shè)備制造商的設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)電氣安裝圖紙，向變電站相關(guān)技術(shù)人員提供圖紙，根據(jù)變電站的實(shí)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輔助部件。變電站應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)人員提供的圖紙，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。

（3）變電站確定停電時(shí)間后，應(yīng)提前通知廠家，廠家應(yīng)安排技術(shù)人員配合現(xiàn)場(chǎng)安裝。變電站停電時(shí)要考慮綜合因素，確定具體時(shí)間。

（4）主控制裝置需要在停電前一天安裝。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(shí)關(guān)閉柜門。

（5）電源進(jìn)線、母線、總控單元之間的CT線可由變電站技術(shù)人員輔助敷設(shè)，弧光保護(hù)出口跳開關(guān)也應(yīng)由變電站敷設(shè)。

（6）具體安裝調(diào)試過程由廠家技術(shù)人員完成。

（7）所有設(shè)備調(diào)試完畢后，廠家技術(shù)人員對(duì)變電站技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)。培訓(xùn)結(jié)束后進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試驗(yàn)收合格后完成整個(gè)項(xiàng)目。

  在本項(xiàng)目中，電弧光保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)際情況，在技術(shù)上，電弧光保護(hù)裝置應(yīng)能夠提供“故障報(bào)警信號(hào)”、從“故障動(dòng)作信號(hào)”到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，有助于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備運(yùn)行中的故障和問題，提高解決效率，減少對(duì)電力傳輸?shù)挠绊憽Ｍ瑫r(shí)，電弧光保護(hù)的出口跳閘繼電器應(yīng)滿足啟動(dòng)功率不小于5W的要求、動(dòng)作電壓介于55-70之間，動(dòng)作時(shí)間不小于10ms。

  安裝弧光保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循一定的技術(shù)規(guī)范：

（1）KGN柜的安裝。

  安裝KGN柜時(shí)，應(yīng)按照保護(hù)母線隔間和母線側(cè)隔離刀閘室的原則，安裝在柜上中間，既能保證足夠的絕緣距離，又能從足夠的角度檢測(cè)柜內(nèi)弧光是否符合要求。對(duì)于本項(xiàng)目35kV開關(guān)柜，應(yīng)在母線隔離室和母線側(cè)隔離門室安裝弧傳感器。如果是10kV，如果母線和母線側(cè)隔離門同時(shí)在一個(gè)房間，只需要安裝弧傳感器。如果母線和母線側(cè)隔離門不在同一個(gè)房間，則需要單獨(dú)安裝弧傳感器。

（2）安裝KYN柜。

  安裝KYNN柜時(shí)，只能安裝在母線隔間內(nèi)。安裝在上中間不僅可以保證足夠的絕緣距離，還可以保證及時(shí)檢測(cè)柜內(nèi)的弧線。

（3）為避免電弧光保護(hù)的不選擇性跳閘，應(yīng)進(jìn)一步簡(jiǎn)化二次電路，變電站35kV和10kV母線應(yīng)分列運(yùn)行。

（4）新建變電站投產(chǎn)前應(yīng)安裝相應(yīng)的電弧光保護(hù)裝置。運(yùn)行變電站時(shí)，可根據(jù)開關(guān)柜的檢修情況假裝電弧光保護(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

（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

  綜上所述，采用電弧光保護(hù)系統(tǒng)對(duì)變電站進(jìn)行保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)間為5-7ms，可以迅速實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的響應(yīng)和處理，使變電設(shè)備的損失減到小，大大提高了變電站運(yùn)行的安全性和運(yùn)行效率。