浅谈电弧光保护装置在电网中的应用

摘要：随着我国电网结构的日益坚强与壮大，对电网继电保护设备“四性"的要求也越来越高，尤其是对快速性的要求达到了的高度。但我国目前变电站低压侧均未配置母线差动保护，在低压侧母线发生短路时，只能依靠主变低压侧后备保护动作，无法立即切除故障。对于电力系统来说，缩短1s的切除时间，不仅能够避免多数的设备损坏事故，更有可能防止人身伤亡事故。

 

关键词：优势；系统；方案配置；弧光短路；电弧光保护

        介于以上问题，本文着重讨论了电弧光保护装置的优点及构成。认真剖析了电弧光产生的原因，认真研究了几种变电站低压侧典型接线方式下的弧光保护配置。

      内蒙古乌兰察布电网是蒙西电网的重要组成部分，其售电量近几年在蒙西电网中一直，2016年乌兰察布电业局完成供电量273亿KW·h，位居蒙西电网名。辖区内主要由三个电压层级构成：层级为以庆云变、察右中变、汗海变、旗下营变、丰泉变五个500KV变电站为支撑的500KV主架；层级为21座220KV变电站的双环网布局网架；第三层级为220KV以下35KV以上的变电站61座。随着经济的发展，地区负荷不断增加。

高载能作为专线用户，多由变电站低压侧35kV、10kV电缆出线供电。这样的出线方式致使不接地系统对地电容电流猛增，一旦线路发生接地时，容易产生间歇性过电压，引起设备过电压、电缆头爆炸等危害。因此对主变会造成严重的冲击，需要快速切除。但考虑到保护选择性和灵敏性等原因，传统的保护在主变低压侧母线及近区故障往往不能快速切除。这样对主变以及电网系统的损害是非常大的。

1、动作迅速可靠：

      采用了可靠的快速算法，可以在短时间内判断弧光变化信号和电流变化信号并迅速出口，从发现故障到出口跳闸时间间隔优于7ms，确保开关柜内设备的弧光在100ms以内切除。

2、全数字化设计：

      本装置采用全数字化设计，配置灵活，动作精度高，而且排除了由于旋钮或其他机械设计导致的误差隐患。

3、保护原理简单、合理

      根据弧光产生时的特点，装置采用弧光和电流双重判据，判据简单且可以有效的保证动作的准确性。

4、强大的电气性能

      故障弧光探头、连接线全部采用耐高温、阻燃的高分子材料，具有的电气隔离效果。装置EMC的标准，保证了弧光保护系统的整体稳定性和动作的可靠性。

5、故障信息记录

      在故障弧光发生并引起装置跳闸后，主控单元或馈线保护单元可以准确的记录是哪个弧光探头检测到了故障弧光，且可以详细记录动作时刻的三相电流值以及动作时刻的故障弧光光强。

6、多种辅助保护功能

      主控单元不但有弧光保护，还有过流保护，接地保护、断路器失灵等辅助保护，这些保护是弧光保护的合理配置和有效补充。

1、主控单元

         主控单元是母线型弧光保护系统的核心。它检测分析故障信号、接收分析采集单元的弧光故障信号，并对两种信号进行综合分析判断。在满足跳闸条件时，发出跳闸指令以切除故障。主控单元一般安装在进线柜或紧邻进线柜的开关柜的二次控制门板上。主控单元有：

        （1）3个弧光信号检测接口，主要用于接收来自弧光采集单元的弧光故障信号；一个弧光信号输出口，主要用于弧光故障信号输出，用于内部连接。

        （2）3个数据通讯接口，其中一个用于输入数据，其他的用于输出数据。

        （3）4路快速跳闸输出接口，符合IEC255-23继电器标准。

        （4）2路报警出口，其中一路为装置故障出口。

        （5）电流输入，用于判断故障电流。

2、辅助单元

       弧光采集单元与主控单元配合使用，是弧光保护系统的重要组成部分，主要用于采集故障弧光，并将判断后的结果通过光信号传递给主控单元。单个弧光采集单元可以安装8个弧光探头，根据系统的大小可以任意增减弧光采集单元的数量。弧光采集单元通常安装在选定的开关柜内中，选择的原则是保证该单元相关光纤用量尽量少。

3、弧光传感器

       专门用于故障弧光采集，是无源的弧光探测传感器，安装在开关柜的母线室内或馈线柜内电气元件的连接处。当发生弧光故障时，光照度大幅度增加，弧光传感器直接将光信号传给弧光采集单元或馈线保护单元。

      分布式弧光保护系统由弧光保护主机单元和若干弧光采集单元组成。弧光主机单元采集母线的进线电流，接收弧光采集单元采集到的弧光信号，采集开关位置等，并实时进行逻辑运算。发生弧光故障时，弧光主机单元动作，跳开相应的进线、或分段开关。弧光采集单元实时采集弧光传感器的信号，并通过光纤将弧光信号级联给弧光主机单元。

      一般情况，整个母线段配置1台弧光主机单元；每台弧光保护主机单元多可以接入8个弧光采集单元；每个弧光采集单元可以采集8路弧光传感器的信号。配置弧光采集单元的数量需根据母线段间隔的多少、以及每个间隔安装弧光传感器的个数来确定。

ARB5-弧光主控单元

 

（1）＊表示可选附件，需要另外增加费用1500元。

（2）主控板和采集板数量之和不能大于4。

（3）弧光探头到采集板的长度不能超过20米。

（4）如有特殊要求，请特别注明。

      弧光保护主控单元、探头安装图如下。

 

 

 

      高压开关柜时常会发生弧光短路故障事故，安装专门的母线保护设施是非常有必要的。电弧光保护系统具有原理简单、灵敏度高、动作迅速可靠等优点，从而的减小弧光短路对设备的危害。目前，国华宝日希勒电厂等一批项母的高压厂电系统中，电弧光保护装置已得到了应用，至今运行良好。随着应用实例的不断增加，其运行可靠性也将更加完善。

[1] 李洁，李慧勇.浅谈弧光保护的组成及优点 [M]. ． 

[2] 陈寿孙.高等电力网络分析 [M]. 北京：清华大学出版 社，1996． 

[3] 电力系统计算程序及其实现 [M]. 北京：中国电力出 版社，1995．

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5（版）.

 

       刘细凤，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究中低压综合保护及绝缘监测系统