淺析6kV廠用電系統(tǒng)中電弧光保護的應(yīng)用方案

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：闡述弧光短路在配電網(wǎng)中的危害性，介紹弧光短路的發(fā)生機理及主要影響因素，指出電弧光保護系統(tǒng)的特點、構(gòu)成、作用以及電弧光保護的實際應(yīng)用情況。應(yīng)用結(jié)果表明：電弧光保護裝置運行可靠，模擬試驗動作正確。

關(guān)鍵詞：弧光短路；電孤光保護；廠用電系統(tǒng)

0前言

弧光短路是配電網(wǎng)中嚴重的故障。尤其是發(fā)生在中、低壓開關(guān)柜內(nèi)部時，由于電弧電阻原因，短路電流往往無法達到過流速斷整定值，因而不能動作決速切斷故障，電弧持續(xù)燃燒釋放巨大，將造成開關(guān)柜被嚴重?zé)龤У臑?zāi)難性后果。開關(guān)柜的弧光短路故障，往往由于未得到及時，將發(fā)展為母線故障，其危害是非常嚴重的，可能造成發(fā)電廠廠用電瓦解、重要用戶停電，嚴重時會導(dǎo)致多組開關(guān)柜同時燒毀的“火燒連營"事故等。近年來，因母線故障造成巨大短路電流沖擊導(dǎo)致變壓器損壞也不少見，造成了重大的經(jīng)濟損失。

1弧光短路發(fā)生的機理及影響

1.1弧光放電發(fā)生的機理

當(dāng)兩電間電壓升高時，電近處空氣中的正負離子被電場加速，并在移動過程中與其他空氣分子碰撞產(chǎn)生新的離子，這種離子大量增加的現(xiàn)象稱為電離。當(dāng)空氣被電離時，溫度隨之急劇上升產(chǎn)生電弧，這種放電稱為弧光放電。弧光放電一般不需要很高的電壓，屬于低電壓大電流放電。

1.2中低壓開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生弧光短路的主要因素

(1)使用了性能不良的導(dǎo)電體。

(2)絕緣損壞(包括老化、受潮、裂痕等)。

(3)人體或其他物品意外接觸到帶電部位。

(4)操作過程中的失誤或者設(shè)計、安裝錯誤。

(5)元件損壞，沒有良好的維修和保養(yǎng)設(shè)備。

(6)過電壓。

(7)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變(系統(tǒng)容量、電纜應(yīng)用增多)。

1.3不同燃弧時間與設(shè)備損壞程度的關(guān)系

根據(jù)搜集到的國外資料，不同燃弧時問對設(shè)備

造成的損壞程度如下：

(1)35ms：沒有顯著的損壞，一般可在檢驗絕緣電阻合格后投入使用；

(2)1001TIS：損壞較小，在開關(guān)柜再次投入運行前需要進行清潔或小修；

(3)500Iris：設(shè)備損壞很嚴重，現(xiàn)場人員也受到嚴重傷害，更換部分設(shè)備才可再投入運行。

因此，切斷弧光短路故障的時間非常關(guān)鍵，只有速度更快的保護系統(tǒng)才能提供更的保護，在弧光短路故障時保護人和設(shè)備的安全。

2電弧光保護系統(tǒng)的發(fā)展及作用

2.1電弧光保護系統(tǒng)的發(fā)展

近年來，隨著國內(nèi)電力工業(yè)的高速發(fā)展，中、低壓開關(guān)柜的應(yīng)用數(shù)量越來越多，因開關(guān)柜弧光短路故障而引發(fā)的中、低壓母線故障日益增多。鑒于用戶對供電可靠性的要求越來越高，國內(nèi)專家一直強調(diào)裝設(shè)專用中、低壓母線保護的重要性，用戶也希望能提供一種造價較低、原理簡單、適用于6—35kV的母線保護，以大限度地減少母線故障

對設(shè)備及人員的危害，提高供電可靠性。在這種背景下，電弧光保護系統(tǒng)在我國電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

2.2電弧光保護的作用

(1)保護附近工作人員免受電弧短路故障造成的傷害。

(2)保護中、低壓開關(guān)設(shè)備免受嚴重損壞，防止火災(zāi)事故的發(fā)生。

(3)保護昂貴的主變壓器或廠用變壓器免受短路電流沖擊而損壞。

(4)防止波及站用直流系統(tǒng)，避免造成巨大的經(jīng)濟損失。

(5)大限度地減少用戶的停電時間，將用戶的停電恢復(fù)時問由原來的2天至3個星期減少到幾個小時。

(6)延長現(xiàn)有開關(guān)設(shè)備的使用壽命，推遲更換開關(guān)設(shè)備的時間。

3電弧光保護系統(tǒng)及其實際應(yīng)用

某廠6kV開關(guān)柜采用ARB5光電式電弧光保護系統(tǒng)，其工作原理是：采用電弧光傳感器監(jiān)測電弧光信號，配合過流判斷故障，其可控硅出口小于lms，快速繼電器出口小于8ms以及斷路器3560ms的跳閘時間，從而保護開關(guān)設(shè)備。

3.1電弧光保護系統(tǒng)的特點

(1)采用電弧光及過流雙判據(jù)原理。

(2)連續(xù)的自我檢測。

(3)采用光纖傳輸跳閘指令，可控硅高速出口和快速繼電器出口相結(jié)合，動作時間小于8ms。

(4)主輔元件分離，單系統(tǒng)可以保護256個監(jiān)測點。

(5)輸入輸出均可編程，配置靈活，適合任何復(fù)雜工況。

(6)顯示故障位置，便于故障處理，大地提高了供電恢復(fù)速度。

3.2電弧光保護系統(tǒng)的組成

電弧光保護系統(tǒng)由1個電弧光主控單元、1個電源模塊、2個電流輔助單元、1個弧光單元和若干電弧光傳感器(按間隔量配置)組成。

將電弧光傳感器安裝在開關(guān)柜母線室內(nèi)，確保母線室內(nèi)發(fā)生弧光短路故障時能探測到弧光。信號通過光纖和數(shù)據(jù)線傳輸?shù)街骺貑卧?，主控單元依?jù)設(shè)定邏輯，判斷是否發(fā)出跳閘指令?；」鈫卧惭b在某個選定的開關(guān)柜中，選擇原則是保證該單元與主控單元和各個開關(guān)柜里裝設(shè)的電弧光傳感器的連接線距離較短。

3.3電弧光保護的邏輯

(1)6kV段任一開關(guān)柜的母線室產(chǎn)生弧光(現(xiàn)場試驗用手電筒光源模擬)，主控單元都能發(fā)出光報警(綠燈變紅燈閃爍)，并能顯示相應(yīng)正確的地址，但不發(fā)送跳閘信號。

(2)6kV段工作電源進線柜或備用電源進線柜三相電流中的任何一相出現(xiàn)過流情況(現(xiàn)場試驗采用繼電保護測試儀給電流的方式模擬)，主控單元都能發(fā)出過流報警(綠燈變紅燈閃爍)，并能顯示相應(yīng)正確的地址，但不發(fā)送跳閘信號。

(3)6kV段任一開關(guān)柜的母線室產(chǎn)生弧光，同時工作電源進線柜或備用電源進線柜三相電流中的任一相出現(xiàn)過流情況(試驗?zāi)M方法同上)，主控單元都能發(fā)出光報警和過流報警，并能顯示相應(yīng)正確的地址，同時送出相應(yīng)的跳閘信號。

(4)工作電源進線柜任何一相給過流信號并同時在任一個弧光通道給弧光信號時，主控單元發(fā)跳閘信號給工作電源進線柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。

(5)備用電源進線柜任何一相給過流信號并同時在任一個弧光通道給弧光信號時，主控單元發(fā)跳閘信號給備用電源進線柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。

4安科瑞ARB5-M弧光保護產(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度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請?zhí)貏e注明。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

7結(jié)束語

該廠機組6kV廠用電系統(tǒng)共有4段母線，每段母線均配有該電弧光保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)2010年投入運行以來，其6kV廠用電系統(tǒng)未發(fā)生過電弧光短路事故；但從機組大修時的檢測報告來看，電弧光保護裝置均能正確動作。目前，該廠已將電弧光傳感器的檢查以及整套裝置的試驗列為大修中停母線檢修的標準項目，以確保裝置能夠正常運行。

參考文獻：

[1]許震，丁鑫.電弧光保護及其在6KV廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用．

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5（版）.

作者簡介：

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護及絕緣監(jiān)測系統(tǒng)。