淺析電弧光保護在中低壓母線系統中的應用方案

更新時間：2023-12-14

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安科瑞陳聰

摘要：近年來，中低壓開關柜在電力系統中得到了廣泛應用，中低壓開關柜體積小、可標準化生產。從而占據了電力市場的重要份額。而中低壓開關柜體積較小、設備間距偏小，柜體內的弧光短路故障時有發生，造成開關設備被嚴重燒毀的事故屢屢發生。本文分析了弧光短路的特性，現有保護方案存在的問題，介紹了一種新型中低壓母線電弧光保護系統，強調了配置該型系統的必要性。

關鍵詞：中低壓母線；電弧光保護系統；應用；

1概述

在電力系統中，35kV及以下電壓等級的母線一般不考慮穩定問題，因此一般未裝設單獨的母線保護。南于中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導體線間距離與大地的距離比較近，容易受小動物危害等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、壓母線高得多。由于人們對中低壓母線保護不夠重視，多采用帶有較大延時的后備保護來切除母線上的故障，往往造成事故的發展和擴大，造成了巨大的經濟損失。究其原因大多是因為沒有裝設單獨設置的中低壓母線保護，未能快速切除故障造成的。在設備的使用過程中母線上的操作比較頻繁，設備絕緣老化、機械磨損是必然現象，運行條件發生改變以及人為操作錯誤，會導致母線故障率升高，對變電站的運行存在安全隱患。

2電弧光短路特性分析

2.1故障電弧產生的原因

發生在開關柜內部的弧光短路故障，究其原因可歸納為兩類，一類是設備原因，另一類是人為原因。將這些原因做具體分析，得到以下5種情況：

(1)設備絕緣故障。目前開關柜內部空間越來越小，造成開關柜中部分絕緣材料爬距不夠，絕緣強度不足，長期運行容易造成絕緣擊穿放電事故。

(2)載流回路接觸不良。這類因素一般是一次設備的連接部分不牢靠引起的。

(3)外來物體的影響。一般是老鼠等小動物的進入或工作人員工作結束后誤將扳手物品在開關柜內部。

(4)人為誤操作。由于操作人員操作目的不清楚，操作時精神不集中，會造成誤人其他帶電間隔、誤操作等。

(5)系統的原因。主要有系統容量逐年遞增、系統接地方式變化、電力電纜的廣泛應用、系統的諧振、繼保設備和安全自動裝置選型、配置不當等因素。

2.2故障電弧的危害

發生弧光故障時產生的明亮弧光，不但可能引起運行維護人員暫時性失明，巨大的聲響效應還可能引起人的休克，這些對人體的傷害都是巨大的。一旦燃弧時間超過了lOOms，其所釋放的便會迅速，而隨著燃燒時間的延長，將陸續造成開關柜內的各種電纜、連接銅排和鋼板等材料的燃燒、熔化。如果故障發生時，恰好有檢修、運行人員在開關柜周圍工作，特別是開關柜門因為工作需要已經打開的情況下，則故障電弧產生的巨大將會對工作人員造成巨大的傷害。

3現有中低壓母線保護方案存在的問題

3.1主變中低壓側后備保護方案

此方案需考慮母線上的出線與母分開關的配合問題，因此其動作時限一般較長，通常時間定值取1．0～1．4秒。很明顯，如此長動作時限的保護來隔離故障是無法滿足快速f生這一繼電保護的基本要求的，很有可能造成事故的發展擴大，造成更大的損失。

3.2出線的過流保護方案

此方案利用出線線路保護中的過流保護來實現。當過流保護動作后，跳開出線開關的同時閉鎖主變相應側的過流保護。這種方案保護動作時限一般整定為300～1400ms，在這段時間內，造成事故發展擴大的概率依然較高，所以，此方案仍然不能滿足系統穩定的需要。

3.3高阻抗母線差動保護方案

此方案專門裝設一套中低壓母線電流差動保護，保護的動作時間經驗值一般35,-60ms，如果要加上斷路器固有的分閘時間，從故障開始到故障切除之間的時間則顯得偏長。同時，此方案對CT的要求相對較高，保護范圍受cT安裝位置影響，舊站改造該型保護工程量較大。

4新型電弧光保護系統

4.1電弧光保護的原理

電弧光保護的原理簡單，其通過安裝于開關柜或電纜溝等地的光感探頭感受到光的增量變化，同時檢測CT中二次電流的增量，兩者構成“與”門，從而發出跳閘命令。如果偶爾光線信號超過光線設定值或者電流信號超過電流設定值，系統不會輸出跳閘信號，也不會記憶在跳閘回路中，但可在主控單元上顯示報警信號，有利于運行人員及時發現不正常狀態。

4.2電弧光保護的系統組成

(1)主控單元。主控單元猶如人的大腦，負責控制、管理整個系統。它通過接收電流單元傳來的過流信號和弧光傳感器或弧光單元傳來的弧光信號，并對其進行分析、判斷，在滿足過流信號與弧光信號的“與”邏輯時，發出跳閘指令以故障。

(2)電流單元。電流單元用于檢測過電流信號，可分A，B，c三相分別檢測。其檢測到的信號通過光纖和數據線傳輸到主控單元，主控單元依據設定的邏輯，判斷是否發出跳閘指令。

(3)弧光單元。弧光單元配置若干個弧光檢測接口，這些接121均為光纖接15，用于

連接弧光傳感器。弧光單元檢測到弧光信號后，通過光纖盒數據線傳輸到主控單元，主控單元依據設定的邏輯，判斷是否發出跳閘指令。

(4)弧光傳感器。母線保護的無源弧光傳感器是探測弧光的光感應原件。當發生電弧光故障時，光的強度大幅度增加，弧光傳感器就會把光信號傳送給主控單元或者弧光單元。

4.3電弧光保護的優點

電弧光保護已逐步發展為現階段中低壓母線系統中較為理想的母線保護。其具有以下優點：

(1)保護原理簡單。通過感受故障點電弧光和采集電源進線電流構成“與”門，系統的組成也相對簡單。

(2)動作迅速可靠。通過采用快速動作的繼電器，能夠保證發生故障時在短的時間內發出跳閘命令，確保設備外觀不受損壞。

(3)故障點定位功能。根據弧光傳感器的實際安裝位置可以實現分區保護的功能。

(4)具有較強的抗干擾能力。電弧光保護系統采用無源弧光傳感器探測弧光，各組成部分采用光纖連接，確保了整個弧光保護系統的可靠性及高強的抗干擾能力。