【應(yīng)用案例】電弧光保護在變電站中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù)：594更新時間：2023-11-24

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

0引言

在變電站運行過程中，安全性和穩(wěn)定性是一個重要因素。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、運行維護方便，由于各種原因，越來越多的開關(guān)設(shè)備被嚴(yán)重?zé)龤?，變電站事故處理不?dāng)將直接影響變電站運行的安全性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致電網(wǎng)事故擴大，不僅造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，還可能造成人員傷亡。在變電站設(shè)計過程中，為確保變壓器、母線、開關(guān)設(shè)備的安全運行，按相關(guān)規(guī)范配置保護裝置，但目前國內(nèi)35kV及以下母線一般不配備快速母線保護，但由變壓器備用過流保護切除母線故障，備用保護動作至少0.5s，這就增加了對設(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，一旦出現(xiàn)故障，可及時切除故障，防止故障進一步擴大。

1.低壓開關(guān)柜設(shè)備運行中的問題及運行要求

1.1開關(guān)柜設(shè)備運行中的問題

在變電站設(shè)計過程中，110kV及以上母線設(shè)置母線，35kV及以下母線系統(tǒng)電壓等級一般不配置快速母線保護，但依靠變壓器備用過流保護切除母線短路故障，導(dǎo)致故障切除時間延長，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)備絕緣老化和機械磨損不可避免。運行條件的變化和人工操作錯誤會導(dǎo)致母線故障率的增加，對變電站的運行存在安全風(fēng)險。

1.2開關(guān)柜安全運行要求

（1）開關(guān)柜內(nèi)的電弧耐受性時間。根據(jù)IEC298標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)柜內(nèi)的電弧耐受性為100ms。目前市場上銷售的開關(guān)柜是按照本標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)計的，開關(guān)柜在使用過程中可承受的電弧燃燒時間為100ms。由于電弧光故障一般發(fā)生在斷路器動作前，故障短路電弧一直處于燃燒狀態(tài)，保護動作時間與斷路器開關(guān)時間之和是電弧燃燒的持續(xù)時間。因此，從開關(guān)柜保護的角度來看，保護動作應(yīng)在100ms內(nèi)迅速響應(yīng)，切除電弧短路故障，防止故障進一步擴大，造成更大的危害。

（2）開關(guān)柜弧光故障保護。除加強開關(guān)柜結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)快速保護母線配置，在開關(guān)柜耐火弧時間內(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.電弧光母線保護系統(tǒng)

弧光保護是一種快速可靠的母線保護系統(tǒng)。根據(jù)檢測弧光和過流雙判據(jù)原理，可快速響應(yīng)變電站故障，適用于各種運行方式，為變電站中低壓母線保護提供解決方案?；」獗Ｗo系統(tǒng)主要包括以下幾個方面：

2.1主單元

主單元是電弧保護系統(tǒng)的主要組成部分，主要檢測電弧光傳感器的短路電流和動作信息，處理和判斷收集到的故障信息，發(fā)出故障處理信號，切除故障。電弧光保護系統(tǒng)應(yīng)在同時檢測到電弧光和過流時發(fā)出相應(yīng)的切斷指令。如果進線斷路器沒有及時切斷故障，系統(tǒng)將啟動斷路器故障保護邏輯，并向上級斷路器發(fā)出跳閘指令進行故障切除。此外，電弧保護系統(tǒng)的主單元還將根據(jù)輔助單元傳輸?shù)碾娀」鈧鞲衅鞯膭幼餍畔⒋_定電弧光故障點的位置，并發(fā)送溫度報警信息。

2.2輔助單元

電弧保護系統(tǒng)的輔助單元一般安裝在開關(guān)柜內(nèi)，每個輔助單元可與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連接。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生電弧故障時，輔助單元可以收集電弧傳感器中傳輸?shù)膭幼餍畔?，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可顯示在主單元中，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)故障的主要部件，安裝在開關(guān)柜的每個間隔室內(nèi)。弧光傳感器是光感應(yīng)元件。如果出現(xiàn)弧光故障，光強度顯著增加，傳感器檢測光強度，將光信號轉(zhuǎn)換為電流信號并傳輸給輔助單元。

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)送到主控單元進行分析和處理，然后將處理結(jié)果作為判斷系統(tǒng)電流的依據(jù)。

2.5電弧光保護系統(tǒng)

系統(tǒng)采用弧光檢測和過電流檢測，實現(xiàn)整個變電站運行設(shè)備的雙重檢測和判斷，如果同時檢測弧光和電流增量信號，設(shè)備和系統(tǒng)故障，需要快速啟動繼電器，發(fā)出跳閘指令，當(dāng)系統(tǒng)只檢測到一個信號時，只需發(fā)出報警信號，通知技術(shù)人員系統(tǒng)故障。

安裝電弧光保護裝置的設(shè)備和系統(tǒng)具有斷路器故障保護功能，即當(dāng)進線斷路器拒絕移動時，會發(fā)出越級跳閘信號，切斷上短路信號，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

3電弧光保護在變電站中的應(yīng)用

本文以變電站為例，分析討論了電弧光保護在變電站中的應(yīng)用。

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

因此，由于停電時間短，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方面：

（1）根據(jù)變電站安裝弧系統(tǒng)的實際情況，弧系統(tǒng)設(shè)備制造商的設(shè)計人員設(shè)計電氣安裝圖紙，向變電站相關(guān)技術(shù)人員提供圖紙，根據(jù)變電站的實際情況進行改進，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，安裝后及時關(guān)閉柜門。

（5）電源進線、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)人員對變電站技術(shù)人員進行培訓(xùn)。培訓(xùn)結(jié)束后進行測試，測試驗收合格后完成整個項目。

在本項目中，電弧光保護系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實際系統(tǒng)的實際情況，在技術(shù)上，電弧光保護裝置應(yīng)能夠提供“故障報警信號”、從“故障動作信號”到計算機監(jiān)控系統(tǒng)，有助于計算機監(jiān)控系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備運行中的故障和問題，提高解決效率，減少對電力傳輸?shù)挠绊?。同時，電弧光保護的出口跳閘繼電器應(yīng)滿足啟動功率不小于5W的要求、動作電壓介于55-70之間，動作時間不小于10ms。

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

（1）KGN柜的安裝。

安裝KGN柜時，應(yīng)按照保護母線隔間和母線側(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柜內(nèi)弧光是否符合要求。對于本項目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)隔離門同時在一個房間，只需要安裝弧傳感器。如果母線和母線側(cè)隔離門不在同一個房間，則需要單獨安裝弧傳感器。

（2）安裝KYN柜。

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

（3）為避免電弧光保護的不選擇性跳閘，應(yīng)進一步簡化二次電路，變電站35kV和10kV母線應(yīng)分列運行。

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

4安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明

ARB5-弧光主控單元