弧光保护的应用方案及优势

弧光保护的应用方案及优势

邹婵

（广西博阳电力勘察设计有限公司广西南宁530023）

摘要：在变电站、电厂、工业企业等场合的中低压母线及开关柜中产生弧光短路时，弧光保护可以在传感器气的覆盖区域内快速定位动作，切断故障电流，最大限度的降低弧光短路对人员及设备的伤害。弧光保护具有速动性、可靠性、选择性、灵敏性要求。

关键字：弧光保护、速动、可靠、灵敏、降低危害

引言

弧光短路在中低压母线及开关柜断路器端常有发生，容易引发设备损坏、爆炸，严重的会导致人员受伤。在变电站、电厂、工业企业这样的运行环境复杂、运行要求高的场所，弧光保护能带来更快速、可靠、灵敏的安全保障。

一、一般容易引发弧光短路的主要原因有

1.操作人员误操作行为：误入带点间隔、误操作隔离开关、带接地线合闸、误将工具遗漏在开关设备内等，人为失误造成的电气不规范操作，此类问题大面积存在。

2.电气因素：在施工接线或者后期维护的时候，电气连接错误、设备故障，引起的母线误接或者电气短路问题。

3.环境因素：随着设备运行时间的增加，绝缘老化、机械磨损、灰尘、温度、湿度及腐蚀，使得开关本体及辅助机械失去了原有的电气可靠性。

二、电弧光的危害

1.弧光产生的瞬间，容易造成温度急升，导致铜牌等金属器件气化；严重的会导致压力上升过快，开关设备发生爆炸。

2.孤光故障出现后，瞬间提升的短路电流使上一级变压器承受近距离短路冲击，可能造成变压器绕组变形，进而造成变压器绕组的匝间短路。

3.并且瞬间高温、强光及爆炸会灼伤作业人员的皮肤、刺伤眼睛，泄露出有害气体也能直接对人体造成伤害。

三、传统方案及弧光保护方案的对比

（一）传统的保护方案是采用中低压侧主变后备保护，线路保护设备的元件过流保护，有部分地区配置简易母差保护来实现。

1.各类元件保护动作的时间较长，主变后备一般在1S以上，线路间隔一般在200MS，母差保护在30~45ms。当出现弧光短路时，主变后备和线路间隔动作明显缓慢，而母差保护在电网的10kV~35kV侧一般都不进行配置。

2.使用常规元件保护，施工接线复杂，需要接入模拟量、开入、开出，并且要配置公用设备采集设备信号。增加的成本投入也随之上升。

3.南方电网的简易母差功能在起初阶段的作用同弧光保护较为类似，但是因为简易母差需要进行大量的配置，在配置的时候因低压侧价格数量多，极易产生错误，电网也多次有过事故问题。在南方电网已经逐渐取消了。

（二）弧光保护的方案是通过在中低压开光柜的母线室及断路器

室安装弧光传感器，通过光纤传送到主保护单元，依靠保护动作判据，发出动作命令直接切除电源及分段间隔。

1.保护动作时间能在10MS左右，相对比常规的线路保护和主变后备保护要快很多，当故障点出现在断路器室还未传导到出现仓时，就可以探知到弧光危害，并且有选择的快速度动作切除主变变低电源及故障段母线。见附图4。

2.现场接线相对于常规元件保护，只需要接入主变变低及分段的电流，并对相应间隔设计跳闸回路即可。感知元件和主保护之间可以通过光纤进行连接，现场施工难度大大降低。甚至在运行设备都可以短时间停电改造。

3.弧光保护可以有很多灵活的配置方案，不同的厂家制定集中式的和分布式等多种组装方案供业主选择。可根据母线的运行方式和故障位置分区域保护，虽大限度缩小事故停电范围。

4.根据光强度传感及电流量的多判据组合，在发生弧光短路时，可以精准判断故障点位置。

四、弧光保护的技术举例

当故障出现在馈线开关柜时：

1.当在母线室检测到弧光时，此时属于母线故障，立即跳开本间隔母线段的进线开关及分段开关，将停电范围缩小在本段母线。

2.当开关室检测到弧光时，分两种情况：入故障发生在开关机构的触头上，则属于母线侧故障，应立即跳开本间隔母线段的进线及分段开关；如果故障发生在开关机构的下触头，通过跳开本间隔的开关即可隔离故障，从而避免停电范围扩大。但是由于安装在开关柜的弧光传感器无法区分孤光故障发生在上触头还是下触头，则需要根据实际情况选择是跳开正端母线段进线或者分段开关，还是跳开本间隔开关。所以比较常见的配置方案是在中低压侧开关柜的母线仓和断路器室配置探头，出现弧光短路时跳开本段母线的电源进线和分段开关。

3.电缆室是极容易产生弧光故障的地方。当在电缆室检测到弧光时，属于本间隔故障，需要跳开本间隔开关来实现切除故障。而实际运用中，此动作行为与传统配置保护功能重复，并且在电网的典型配置中必须有馈线保护的要求，所以直接在电缆室采集孤光信号的方案已逐步被取代。

当故障出现在主变中低压侧开关柜时，保护功能和动作逻辑和馈线的一致。

当故障出现在PT的母线仓时，此类属于母线故障，立即跳开本间隔母线段的进线开关及分段开关。

五、弧光保护的市场价值

1.实现弧光保护的施工方案较为简单，在实际施工过程中减少大量传统保护需要的电缆，取而代之的是高效的光纤级联，经济效益更有优势。

2.在电网的典型配置中，缺少对35kV~10kV的母线配置保护，弧光保护正好能弥补这一个需求，并且动作响应速度高，保护逻辑可靠。

3.弧光保护在变电站中的配置方案简单，尤其针对过去开关柜质量不高的老站，更加需要增强保护措施，减少对作业人员的伤害，降低设备的损耗。

六、弧光保护的优势总结

弧光保护具有具有速动性、可靠性、选择性、灵敏性的特点。

1.相比于常规站中的传统配置，孤光探头的感知范围大，在弧光产生的起始点探测到风险，更高效的防止弧光短路在生产作业中对作业人员及生产设备的伤害。

2.无论新建站的安装还是改造站的加装工作中，可选配置方案多，能适应各种运行的环境，大大降低施工难度，减少用户停电时间。

3.弧光保护能弥补传统变电站配置中对中低压侧母线的保护缺失，提供快度响应的保护动作。

4.相对于电网中的传统元件保护，经济性高。

参考文献

[1]杨奕,廖仕利,张柏年,陈鸿君.一种新型高压开关柜弧光检测与保护方案设计[J].重庆理工大学学报(自然科学),2015,29(09):111-115.

[2]王良毅,卢睿,曾治安.弧光保护在10kV开关柜中的应用[J].重庆电力高等专科学校学报,2014,19(04):32-35.

[3]黄宁.RHDHG型弧光保护系统及其在永福电厂二期工程中的应用[J].企业科技与发展,2008(18):120-124.