淺談電弧光保護裝置在電網中的應用

摘要：隨著我國電網結構的日益堅強與壯大，對電網繼電保護設備“四性"的要求也越來越高，尤其是對快速性的要求達到了的高度。但我國目前變電站低壓側均未配置母線差動保護，在低壓側母線發生短路時，只能依靠主變低壓側后備保護動作，無法立即切除故障。對于電力系統來說，縮短1s的切除時間，不僅能夠避免多數的設備損壞事故，更有可能防止人身傷亡事故。

 

關鍵詞：優勢；系統；方案配置；弧光短路；電弧光保護

        介于以上問題，本文著重討論了電弧光保護裝置的優點及構成。認真剖析了電弧光產生的原因，認真研究了幾種變電站低壓側典型接線方式下的弧光保護配置。

      內蒙古烏蘭察布電網是蒙西電網的重要組成部分，其售電量近幾年在蒙西電網中一直，2016年烏蘭察布電業局完成供電量273億KW·h，位居蒙西電網名。轄區內主要由三個電壓層級構成：層級為以慶云變、察右中變、汗海變、旗下營變、豐泉變五個500KV變電站為支撐的500KV主架；層級為21座220KV變電站的雙環網布局網架；第三層級為220KV以下35KV以上的變電站61座。隨著經濟的發展，地區負荷不斷增加。

高載能作為專線用戶，多由變電站低壓側35kV、10kV電纜出線供電。這樣的出線方式致使不接地系統對地電容電流猛增，一旦線路發生接地時，容易產生間歇性過電壓，引起設備過電壓、電纜頭爆炸等危害。因此對主變會造成嚴重的沖擊，需要快速切除。但考慮到保護選擇性和靈敏性等原因，傳統的保護在主變低壓側母線及近區故障往往不能快速切除。這樣對主變以及電網系統的損害是非常大的。

1、動作迅速可靠：

      采用了可靠的快速算法，可以在短時間內判斷弧光變化信號和電流變化信號并迅速出口，從發現故障到出口跳閘時間間隔優于7ms，確保開關柜內設備的弧光在100ms以內切除。

2、全數字化設計：

      本裝置采用全數字化設計，配置靈活，動作精度高，而且排除了由于旋鈕或其他機械設計導致的誤差隱患。

3、保護原理簡單、合理

      根據弧光產生時的特點，裝置采用弧光和電流雙重判據，判據簡單且可以有效的保證動作的準確性。

4、強大的電氣性能

      故障弧光探頭、連接線全部采用耐高溫、阻燃的高分子材料，具有的電氣隔離效果。裝置滿足EMC的標準，保證了弧光保護系統的整體穩定性和動作的可靠性。

5、故障信息記錄

      在故障弧光發生并引起裝置跳閘后，主控單元或饋線保護單元可以準確的記錄是哪個弧光探頭檢測到了故障弧光，且可以詳細記錄動作時刻的三相電流值以及動作時刻的故障弧光光強。

6、多種輔助保護功能

      主控單元不但有弧光保護，還有過流保護，接地保護、斷路器失靈等輔助保護，這些保護是弧光保護的合理配置和有效補充。

1、主控單元

         主控單元是母線型弧光保護系統的核心。它檢測分析故障信號、接收分析采集單元的弧光故障信號，并對兩種信號進行綜合分析判斷。在滿足跳閘條件時，發出跳閘指令以切除故障。主控單元一般安裝在進線柜或緊鄰進線柜的開關柜的二次控制門板上。主控單元有：

        （1）3個弧光信號檢測接口，主要用于接收來自弧光采集單元的弧光故障信號；一個弧光信號輸出口，主要用于弧光故障信號輸出，用于內部連接。

        （2）3個數據通訊接口，其中一個用于輸入數據，其他的用于輸出數據。

        （3）4路快速跳閘輸出接口，符合IEC255-23繼電器標準。

        （4）2路報警出口，其中一路為裝置故障出口。

        （5）電流輸入，用于判斷故障電流。

2、輔助單元

       弧光采集單元與主控單元配合使用，是弧光保護系統的重要組成部分，主要用于采集故障弧光，并將判斷后的結果通過光信號傳遞給主控單元。單個弧光采集單元可以安裝8個弧光探頭，根據系統的大小可以任意增減弧光采集單元的數量。弧光采集單元通常安裝在選定的開關柜內中，選擇的原則是保證該單元相關光纖用量盡量少。

3、弧光傳感器

       專門用于故障弧光采集，是無源的弧光探測傳感器，安裝在開關柜的母線室內或饋線柜內電氣元件的連接處。當發生弧光故障時，光照度大幅度增加，弧光傳感器直接將光信號傳給弧光采集單元或饋線保護單元。

      分布式弧光保護系統由弧光保護主機單元和若干弧光采集單元組成。弧光主機單元采集母線的進線電流，接收弧光采集單元采集到的弧光信號，采集開關位置等，并實時進行邏輯運算。發生弧光故障時，弧光主機單元動作，跳開相應的進線、或分段開關。弧光采集單元實時采集弧光傳感器的信號，并通過光纖將弧光信號級聯給弧光主機單元。

      一般情況，整個母線段配置1臺弧光主機單元；每臺弧光保護主機單元多可以接入8個弧光采集單元；每個弧光采集單元可以采集8路弧光傳感器的信號。配置弧光采集單元的數量需根據母線段間隔的多少、以及每個間隔安裝弧光傳感器的個數來確定。

ARB5-弧光主控單元

 

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請特別注明。

      弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

 

 

 

      高壓開關柜時常會發生弧光短路故障事故，安裝專門的母線保護設施是非常有必要的。電弧光保護系統具有原理簡單、靈敏度高、動作迅速可靠等優點，從而的減小弧光短路對設備的危害。目前，國華寶日希勒電廠等一批項母的高壓廠電系統中，電弧光保護裝置已得到了應用，至今運行良好。隨著應用實例的不斷增加，其運行可靠性也將更加完善。

[1] 李潔，李慧勇.淺談弧光保護的組成及優點 [M]. ． 

[2] 陳壽孫.高等電力網絡分析 [M]. 北京：清華大學出版 社，1996． 

[3] 電力系統計算程序及其實現 [M]. 北京：中國電力出 版社，1995．

[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5（版）.