唐成靜

摘 要：電弧光保護(hù)在變電站運(yùn)行過(guò)程中具有十分重要的意義，文章對(duì)電力系統(tǒng)中的中、低壓設(shè)備的運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行分析，并且提出了電弧光保護(hù)方式，迅速切除變電站運(yùn)行過(guò)程中的故障點(diǎn)，保障變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電弧光保護(hù)；變電站；安全穩(wěn)定運(yùn)行；燃弧耐受時(shí)間

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）06-0130-02

Abstract： Arc light protection is of great significance in substation operation. This paper analyzes the operation problems of medium and low voltage equipment in power system， and puts forward the arc light protection mode， in order to quickly remove the fault points in the operation of the substation and ensure the safe and stable operation of the substation.

Keywords： arc light protection； substation； safe and stable operation； arc tolerance time

引言

在變電站運(yùn)行過(guò)程中，安全性和穩(wěn)定性是重要因素，近年來(lái)在變電站的建設(shè)中，由于戶內(nèi)開關(guān)柜占地面積小，操作集中，方便運(yùn)行和維護(hù)等特點(diǎn)，在變電站中大量配置中低壓開關(guān)柜。運(yùn)行過(guò)程中由于各種原因造成開關(guān)設(shè)備被嚴(yán)重?zé)龤У氖鹿试絹?lái)越多，對(duì)變電站事故的處理不當(dāng)，會(huì)直接影響變電站運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，導(dǎo)致電網(wǎng)事故不斷擴(kuò)大，不僅會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還可能造成人員傷亡事故。在變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了保證變壓器、母線、開關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行，都遵照相關(guān)規(guī)范配置保護(hù)裝置，但目前國(guó)內(nèi)35kV及以下的母線一般不配置專用的快速母線保護(hù)，而是由變壓器的后備過(guò)流保護(hù)來(lái)切除母線故障，由后備保護(hù)動(dòng)作切除故障的時(shí)間至少為0.5s，這樣就加大了對(duì)設(shè)備的損傷程度。因此，在變電站中低壓開關(guān)柜中配置電弧光保護(hù)，一旦出現(xiàn)故障，可以及時(shí)將故障切除，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

1 中低壓開關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題和運(yùn)行要求

1.1 開關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題

在變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中，110kV及以上的母線會(huì)設(shè)置母線保護(hù)，電壓等級(jí)在35kV及以下的母線系統(tǒng)中一般不配置專用的快速母線保護(hù)，而是依賴上一級(jí)變壓器的后備過(guò)流保護(hù)來(lái)切除母線短路故障，這樣導(dǎo)致了故障切除時(shí)間的延長(zhǎng)，加大了設(shè)備的損傷程度。

在設(shè)備的使用過(guò)程中母線上的操作比較頻繁，設(shè)備絕緣老化、機(jī)械磨損是必然現(xiàn)象，運(yùn)行條件發(fā)生改變以及人為操作錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致母線故障率升高，對(duì)變電站的運(yùn)行存在安全隱患。

1.2 開關(guān)柜安全運(yùn)行要求

（1）開關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時(shí)間。根據(jù)IEC298標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時(shí)間為100ms，當(dāng)前市面上銷售的開關(guān)柜是按照該標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)的，開關(guān)柜使用過(guò)程中可以承受的電弧燃燒時(shí)間為100ms。由于電弧光故障一般都發(fā)生在斷路器動(dòng)作前，故障短路電弧一直處于燃燒狀態(tài)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與斷路器分閘時(shí)間之和為電弧燃燒的持續(xù)時(shí)間。因此，從開關(guān)柜保護(hù)的角度來(lái)講，保護(hù)動(dòng)作應(yīng)該要在100ms內(nèi)迅速做出響應(yīng)，對(duì)電弧短路故障進(jìn)行切除，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大而造成更大的危害。

（2）開關(guān)柜弧光故障防護(hù)。除了加強(qiáng)開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)對(duì)母線配置專用的快速保護(hù)，在開關(guān)柜耐受燃弧時(shí)間以內(nèi)切除故障，從根本上限制故障電弧，消除對(duì)開關(guān)設(shè)備的損壞和人員安全的危害。

2 電弧光母線保護(hù)系統(tǒng)

電弧光保護(hù)是一種快速、可靠的母線保護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)檢測(cè)弧光和過(guò)流雙判據(jù)原理，能夠迅速對(duì)變電站中出現(xiàn)的故障進(jìn)行響應(yīng)，對(duì)于各種運(yùn)行方式都適用，為變電站中低壓的母線保護(hù)提供了解決方案。電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

2.1 主單元

主單元是電弧保護(hù)系統(tǒng)中的主要部分，主要對(duì)短路電流以及來(lái)自電弧光傳感器的動(dòng)作信息進(jìn)行檢測(cè)，并且對(duì)收集到的故障信息進(jìn)行處理、判斷，從而發(fā)出故障處理信號(hào)，對(duì)故障進(jìn)行切除。電弧光保護(hù)系統(tǒng)要在同時(shí)檢測(cè)到弧光和過(guò)流時(shí)才會(huì)發(fā)出相應(yīng)地切斷閘指令，如果進(jìn)線斷路器沒(méi)有及時(shí)動(dòng)作對(duì)故障進(jìn)行切除，則系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)邏輯，發(fā)出跳閘指令跳上級(jí)的斷路器進(jìn)行故障切除。此外，電弧保護(hù)系統(tǒng)的主單元還會(huì)根據(jù)輔助單元傳遞的弧光傳感器的動(dòng)作信息，對(duì)弧光故障點(diǎn)的位置進(jìn)行確定，發(fā)出溫度報(bào)警信息。

2.2 輔助單元

電弧保護(hù)系統(tǒng)的輔助單元一般都安裝在開關(guān)柜中，每一個(gè)輔助單元可以與10個(gè)弧光傳感器、1個(gè)溫度傳感器、1個(gè)便攜式弧光傳感器相連。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光故障的時(shí)候，輔助單元可以對(duì)弧光傳感器中傳遞來(lái)的動(dòng)作信息進(jìn)行收集，并且將其傳遞給主單元，主單元再對(duì)故障進(jìn)行分析和響應(yīng)。在主單元中可以顯示輔助單元和弧光傳感器的地址編號(hào)，有助于及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行解除。

2.3 弧光傳感器

弧光傳感器是對(duì)故障進(jìn)行感應(yīng)的主要部件，安裝在開關(guān)柜的各間隔室中，弧光傳感器是光感應(yīng)元件，如果出現(xiàn)弧光故障時(shí)，光強(qiáng)度大幅度增加，傳感器檢測(cè)光強(qiáng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，并且傳輸給輔助單元。

2.4 電流單元

電流單元主要檢測(cè)系統(tǒng)中電流的變量，并且可以將其送到主控單元上，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，然后將處理結(jié)果作為判斷系統(tǒng)電流情況的依據(jù)。

2.5 電弧光保護(hù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用弧光檢測(cè)和過(guò)電流檢測(cè)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站運(yùn)行設(shè)備的雙重檢測(cè)與判斷，如果同時(shí)檢測(cè)到弧光與電流增量信號(hào)，說(shuō)明設(shè)備和系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，則需要快速啟動(dòng)繼電器，發(fā)出跳閘的指令，當(dāng)系統(tǒng)中只檢測(cè)到其中一個(gè)信號(hào)的時(shí)候，則只需要發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知技術(shù)人員系統(tǒng)出現(xiàn)故障即可。

安裝了電弧光保護(hù)裝置的設(shè)備和系統(tǒng)具有斷路器失靈保護(hù)功能，即當(dāng)進(jìn)線斷路器發(fā)生拒動(dòng)的時(shí)候，會(huì)發(fā)出越級(jí)跳閘的信號(hào)，從而對(duì)上一級(jí)短路信號(hào)進(jìn)行切斷，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3 電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用

本文以某變電站為例，對(duì)電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用進(jìn)行分析與探討。

某變電站安裝應(yīng)用了DPR361ARC型弧光保護(hù)系統(tǒng)，幾年來(lái)系統(tǒng)的運(yùn)行十分穩(wěn)定可靠，在保護(hù)母線方面發(fā)揮了重要作用。本工程的接線方式為2條電源進(jìn)線，單母分段，一共有14面開關(guān)柜和2個(gè)母線橋?；」獗Ｗo(hù)配置的方式主要是：一臺(tái)DPR361ARC主控單元，16個(gè)光探頭、300米光纖。將主控單元安裝在10kV進(jìn)線柜的面板上，光探頭安裝在14面柜以及兩個(gè)母線槽中。在對(duì)本工程進(jìn)行安裝的時(shí)候，是在處于運(yùn)行過(guò)程中的變電站上加裝弧光設(shè)備，所以由于停電的時(shí)間較短，為了保證能夠完成安裝調(diào)試工作，必須要提前做好準(zhǔn)備。安裝的步驟主要為以下幾個(gè)方面：（1）根據(jù)變電站加裝弧光系統(tǒng)的實(shí)際情況，由弧光系統(tǒng)設(shè)備廠家的設(shè)計(jì)人員對(duì)電氣安裝圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，將圖紙?zhí)峁┙o變電站相關(guān)技術(shù)人員審核，結(jié)合變電站的實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，直到圖紙符合要求。（2）對(duì)安裝所需要的輔材以及輔件進(jìn)行準(zhǔn)備，變電站要根據(jù)設(shè)計(jì)人員提供的圖紙，提前在開關(guān)柜上開好裝置以及壓板安裝孔，為安裝做好準(zhǔn)備。（3）當(dāng)變電站確定停電時(shí)間之后，要提前通知廠家，由廠家安排技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行配合安裝。變電站停電時(shí)必須要考慮綜合因素，確定具體時(shí)間。（4）在停電的前一天需要將主控制裝置安裝完畢，停電之后，變電站技術(shù)人員要安排弧光設(shè)備常見的技術(shù)人員，打開開關(guān)柜的柜門，在安裝完畢之后及時(shí)關(guān)閉柜門。（5）電源的進(jìn)線、母線以及總控單元之間的CT線可以由變電站技術(shù)人員輔助敷設(shè)完成，弧光保護(hù)出口所跳開關(guān)也應(yīng)該由變電站敷設(shè)。（6）具體的安裝和調(diào)試過(guò)程應(yīng)該由廠家技術(shù)人員完成。（7）所有的裝置調(diào)試完畢之后，由廠家的技術(shù)人員對(duì)變電站的技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)。培訓(xùn)之后要進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試驗(yàn)收合格之后即完成整個(gè)項(xiàng)目。

在本項(xiàng)目中，電弧光保護(hù)系統(tǒng)要針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)際情況，在技術(shù)方面，電弧光保護(hù)裝置應(yīng)該能夠提供“故障報(bào)警信號(hào)”、“故障動(dòng)作信號(hào)”到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，有助于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的故障與問(wèn)題，提高解決效率，減少對(duì)電力傳輸?shù)挠绊?。同時(shí)，電弧光保護(hù)的出口跳閘繼電器應(yīng)該要滿足啟動(dòng)功率不小于5W、動(dòng)作電壓介于55%-70%之間、動(dòng)作時(shí)間不小于10ms的要求。

對(duì)弧光保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行安裝的時(shí)候，應(yīng)該要遵循一定的技術(shù)規(guī)范：（1）KGN柜的安裝。在安裝KGN柜的時(shí)候應(yīng)該要按照保護(hù)母線隔室、母線側(cè)隔離刀閘室的原則，在柜子上側(cè)中部進(jìn)行安裝，不僅可以確保有足夠的絕緣距離，還能有足夠的角度檢測(cè)到柜內(nèi)的弧光是否滿足要求。對(duì)于本項(xiàng)目中35kV的開關(guān)柜來(lái)講，應(yīng)該在母線隔室、母線側(cè)隔離刀閘室中各自安裝一個(gè)弧光傳感器，如果是10kV，如果母線與母線側(cè)隔離刀閘同時(shí)在一室，則只需要安裝一個(gè)弧光傳感器，如果母線和母線側(cè)隔離刀閘不在同一室，則需要分別安裝弧光傳感器。（2）KYN柜安裝。安裝KYNN柜的時(shí)候只能在母線隔室安裝，在上側(cè)中部安裝不僅可以保證足夠的絕緣距離，還能保證及時(shí)檢測(cè)到柜子內(nèi)的弧光。（3）為了避免電弧光保護(hù)的無(wú)選擇性跳閘情況出現(xiàn)，應(yīng)該要進(jìn)一步簡(jiǎn)化二次回路，變電站中的35kV和10kV母線要采用分列運(yùn)行的方式。（4）新建的變電站在投產(chǎn)之前應(yīng)該要裝設(shè)相應(yīng)的電弧光保護(hù)裝置，運(yùn)行變電站可以結(jié)合開關(guān)柜的大修情況，假裝電弧光保護(hù)裝置。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用電弧光保護(hù)系統(tǒng)對(duì)變電站進(jìn)行保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)間為5-7ms，可以迅速實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的響應(yīng)和處理，使變電設(shè)備的損失減到最小，大大提高了變電站運(yùn)行的安全性和運(yùn)行效率。

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