沈海泓，曹新宇，馮任卿，張 郁，李云玲

（1.國網(wǎng)河北省電力公司，河北 石家莊 071000；2.河北省電力勘測設(shè)計研究院，河北 石家莊 071000；3.國網(wǎng)石家莊供電公司，河北 石家莊 071000）

0 引 言

2014年2 月以國網(wǎng)石家莊供電公司申報河北省電力公司《新型配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備防護(hù)技術(shù)的研究和應(yīng)用》科研項目作為背景，通過對新型配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備防護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，并在石家莊奧北公元小區(qū)主配電站開關(guān)柜進(jìn)行弧光監(jiān)測保護(hù)的應(yīng)用，探討了在各種主接線方式下電弧光保護(hù)系統(tǒng)的配置方案，力求用最小的成本和最簡單的接線達(dá)到保護(hù)配電裝置安全運行的最大要求，以期得到更廣泛的應(yīng)用。

目前國內(nèi)電力系統(tǒng)的中低壓母線沒有全面配置專門的母線保護(hù)，母線故障的切除均靠上一級配電設(shè)備保護(hù)裝置的后備保護(hù)來切除，為了和中低壓系統(tǒng)饋線保護(hù)在選擇性上的配合，往往帶著很大的延時，所以不能快速地切除中低壓母線上的故障，導(dǎo)致在故障發(fā)生時任其自由發(fā)展成為更大的故障。這種發(fā)展的故障無論是對中低壓配電裝置本身還是對上一級設(shè)備造成的沖擊和損壞都是很大的，因此完全有必要采用一套快速保護(hù)來保證中低壓配電設(shè)備的可靠運行。以往的母線保護(hù)基本上基于電流差動原理而設(shè)計，接線方式復(fù)雜，成本較高，運行維護(hù)工作量大，其原因是在中低壓系統(tǒng)中沒有大范圍配置母線保護(hù)。隨著中低壓配電裝置柜式化的普及應(yīng)用，開關(guān)柜體越來越小型化，配電裝置之間的間距也越來越小，在柜體內(nèi)產(chǎn)生短路故障的因素也更加復(fù)雜，因此快速切除開關(guān)柜體內(nèi)的故障以縮小故障范圍已迫在眉睫。電弧光保護(hù)系統(tǒng)正是基于開關(guān)柜內(nèi)故障時產(chǎn)生弧光這個思路而設(shè)計的一套母線保護(hù)系統(tǒng)，我國國內(nèi)目前應(yīng)用中僅三、四種產(chǎn)品，并沒有引起電力生產(chǎn)、傳輸及使用單位的重視，所以在技術(shù)規(guī)范上沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在針對各種中低壓母線接線方法做出的各種配置方案也都不同，甚至很多配置方案并不能滿足中低壓母線運行方式改變的需要，在一定的條件下根本不能快速切除母線上的故障，安裝的系統(tǒng)形同虛設(shè)。本文以保定市尤耐特電氣有限公司的UNT－EAP智能電弧光保護(hù)系統(tǒng)為例，探討一種能滿足各種運行方式下的配置思路，使電弧光保護(hù)能達(dá)到最大應(yīng)用效應(yīng)。

1 智能電弧光保護(hù)的原理

智能電弧光保護(hù)的原理如圖1所示，主要動作依據(jù)為故障時產(chǎn)生的兩個不同因素：弧光和電流增量。當(dāng)同時檢測到特定強度的弧光和電流增量時系統(tǒng)發(fā)出跳閘指令，并可顯示發(fā)生故障的位置。

圖1 智能電弧光保護(hù)邏輯原理示意圖

2 電弧光保護(hù)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

2.1 主控單元

主控單元負(fù)責(zé)管理和控制整個電弧光保護(hù)系統(tǒng)，它通過檢測故障電流和來自弧光采集單元的動作的光信號，對它們進(jìn)行處理、判斷，在滿足跳閘條件時發(fā)出指令以切除故障。主控單元有3路光信號輸入和A、B、C三相保護(hù)電流采集。光輸入口用來接收弧光采集單元的光信號，電流采集需要接入進(jìn)線柜保護(hù)電流回路。裝置有兩路快速繼電器跳閘出口，一路報警信號輸出，一路裝置異常檢測出口，一路斷路器失靈出口。另外主控單元通過RS485接口與上位監(jiān)控系統(tǒng)通訊。

2.2 弧光采集單元

現(xiàn)場安裝過程中需要使用采集單元和主控單元配合使用，每個弧光采集單元具有8個弧光檢測接口用于連接弧光探頭，采集單元之間通過光纖集聯(lián)，無限擴(kuò)展弧光探頭采集數(shù)目。所接弧光探頭的感光強度可以在1Klux到499Klux之間調(diào)節(jié)，當(dāng)它感受到過弧光后向主控單元發(fā)送弧光動作光信號。

2.3 弧光探頭

專用于母線保護(hù)的無源弧光探頭安裝在開關(guān)柜的母線室內(nèi)，是探測弧光的感應(yīng)元件。330°大角度采集弧光信號，保證了弧光動作的可靠性。

3 智能電弧光保護(hù)系統(tǒng)配置方案要求

智能電弧光保護(hù)系統(tǒng)由弧光保護(hù)主單元和采集單元配合完成保護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)電力一次系統(tǒng)配置要求，弧光保護(hù)主單元與采集單元所需要的數(shù)量不同。

以下是最常見的主接線系統(tǒng)，對于不同的主接線系統(tǒng)的配置方案均達(dá)到完善的保護(hù)功能。

3.1 單母線進(jìn)線系統(tǒng)

單母線進(jìn)線系統(tǒng)在工廠配電系統(tǒng)和熱電廠變電所很常見，由一條進(jìn)線和數(shù)條出線組成，只有一臺變壓器的終端變電所多采用這種方式，接線和運行方式都很簡單。常用單母線系統(tǒng)正常運行時由工作電源進(jìn)線供電，典型接線如圖2所示。

在這種接線方式下，需要一個主控單元，采集單元的數(shù)量由現(xiàn)場開關(guān)柜間隔的數(shù)量決定，當(dāng)間隔數(shù)量≤8個，僅需要一個采集單元即可。由于采集單元最多支持8路弧光采集輸入，所以采集單元的配置數(shù)目為間隔數(shù)量／8，如有余數(shù)路，采集單元數(shù)量增加一個。弧光探頭的配置數(shù)目與開關(guān)柜間隔數(shù)量一致即可。

圖2 單母線系統(tǒng)接線示意圖

在老撾HONGSA3X626MW電站項目1#機(jī)公用段的實際應(yīng)用中，現(xiàn)場有28面高壓開關(guān)柜，一路工作電源進(jìn)線。現(xiàn)場配置方案如下：工作電源進(jìn)線安裝一臺弧光主控單元；4臺采集單元均勻分布在其余27面開關(guān)柜中的3面上；每個間隔單元的母線室均配備一個弧光探頭共28個。主控單元數(shù)據(jù)通過IEC103通訊協(xié)議上傳到廠用電監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 單母線系統(tǒng)（一工一備）

單母線系統(tǒng)在工廠配電系統(tǒng)和終端變電所很常見，由兩路工作電源進(jìn)線、多路出線及用電設(shè)備組成，只有一臺主變壓器的終端變電所多采用這種方式，接線和運行方式都很簡單。在火電廠中高壓廠用電系統(tǒng)也常用單母線系統(tǒng)，正常運行時由發(fā)電機(jī)通電高壓廠變供電，起備變給廠用電系統(tǒng)提供另一路電源。典型接線如圖3所示。

圖3 一工一備單母線系統(tǒng)接線示意圖

在這種運行方式下，需要兩個弧光保護(hù)主單元，采集單元的數(shù)量由現(xiàn)場開關(guān)柜間隔的數(shù)量決定，當(dāng)間隔數(shù)量≤8個，僅需要一個采集單元即可。由于采集單元最多支持8路弧光采集輸入，所以采集單元的配置數(shù)目為間隔數(shù)量／8，如有余數(shù)路，采集單元數(shù)量增加一個。弧光探頭的配置數(shù)目與開關(guān)柜間隔數(shù)量一致即可。

在酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵選燒廠265 m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫項目的實際應(yīng)用中，現(xiàn)場有21面高壓開關(guān)柜，一路工作電源進(jìn)線，一路備用電源進(jìn)線。現(xiàn)場配置方案如下：工作電源進(jìn)線和備用電源進(jìn)線分別安裝一臺弧光主控單元；3臺采集單元均勻分布在其余19面開關(guān)柜中的3面上；每個間隔單元的母線室均配備一個弧光探頭共21個。兩臺主控單元數(shù)據(jù)通過MODBUS通訊協(xié)議上傳到集控PLC。

3.3 兩段母線帶母聯(lián)運行系統(tǒng)

此運行系統(tǒng)由聯(lián)絡(luò)開關(guān)（母聯(lián)）聯(lián)接兩段母線，大多數(shù)終端變電所都采用這種運行方式，母聯(lián)斷路器合閘，然后由一臺主變帶兩段母線并列運行，另一臺主變備用，只有在負(fù)荷高峰期一臺主變不滿足現(xiàn)場的負(fù)荷要求，才會投入另一臺主變分列運行。在這種運行方式下可以靈活調(diào)整供電功率以滿足用戶側(cè)的用電要求。典型接線如圖4所示。

圖4 兩段母線帶母聯(lián)系統(tǒng)示意圖

在這種接線方式下，主要有兩種運行模式，一是兩臺主變?nèi)客度脒\行，母聯(lián)開關(guān)在分閘位置，當(dāng)故障發(fā)生在母線某一位置時弧光保護(hù)跳開故障母線的進(jìn)線開關(guān)，系統(tǒng)配備備用電源自投功能時還應(yīng)閉鎖備自投動作，防止作用于故障母線；二是母聯(lián)開關(guān)位于合閘位置，一條進(jìn)線帶兩段母線并列運行，當(dāng)故障發(fā)生在母線某一位置時弧光保護(hù)選擇性跳開故障母線的進(jìn)線開關(guān)或者母聯(lián)開關(guān)，以達(dá)到最小的斷電范圍，縮小用戶由于大面積停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。

在這種接線方式下，需要兩個主控單元，采集單元的數(shù)量由現(xiàn)場開關(guān)柜間隔的數(shù)量決定，當(dāng)間隔數(shù)量≤8個，僅需要一個采集單元即可。由于采集單元最多支持8路弧光采集輸入，所以采集單元的配置數(shù)目為間隔數(shù)量／8，如有余數(shù)路，采集單元數(shù)量增加一個?；」馓筋^的配置數(shù)目與開關(guān)柜間隔數(shù)量一致即可。

廣西南丹南冶220 kV變電站三期項目，現(xiàn)場共有33個間隔。2013年10月配置了一套電弧光保護(hù)，兩路工作電源進(jìn)線上分別配備一臺弧光保護(hù)主單元，5臺采集單元均勻分布在其余31面開關(guān)柜中的四面上；每個間隔單元的母線室均配備一個弧光探頭共33個。兩臺主控單元數(shù)據(jù)通過IEC103通訊協(xié)議上傳到廠用電監(jiān)控系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

以上總結(jié)了電弧光保護(hù)系統(tǒng)在各種常用接線方式下弧光保護(hù)裝置的最優(yōu)配置方案，弧光保護(hù)裝置在動作的同時也記錄了動作時間、動作值、故障點位置等信息，對于無人值守的變電站提供全面信息，保證系統(tǒng)正確可靠的運行。在不同的現(xiàn)場投入運行過程中，弧光保護(hù)系統(tǒng)會發(fā)揮越來越大的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障。

［1］ 田廣青.電弧光保護(hù)及其在中低壓開關(guān)柜和母線保護(hù)中的應(yīng)用［J］.電工技術(shù)雜志，2004，（1）：27－30.

［2］ 瑞勝電氣有限公司.光電式電弧光保護(hù)系統(tǒng)用戶手冊.

［3］ 楊建紅，張認(rèn)成，房懷英.Lyapunov指數(shù)法在故障電弧早期探測中的應(yīng)用［J］.電工電能新技術(shù)，2008，（2）：55－58.

［5］ 李從飛，陳 凡，魯雅斌，田 偉.DPR360ARC弧光保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，（12）：125－128.

［6］ 徐東晟，邱志人，快速滅弧開關(guān)在中壓開關(guān)柜上的應(yīng)用［J］.科技與企業(yè)，2012，（24）：373.