【应用案例】某用电厂用电系统中电弧光保护的应用方案

 

未晓妃

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

   弧光短路是配电网中严重的故障。尤其是发生在中、低压开关柜内部时，由于电弧电阻原因，短路电流往往无法达到过流速断整定值，因而不能动作决速切断故障，电弧持续燃烧释放巨大，将造成开关柜被严重烧毁的灾难性后果。开关柜的弧光短路故障，往往由于未得到及时，将发展为母线故障，其危害是非常严重的，可能造成发电厂厂用电瓦解、重要用户停电，严重时会导致多组开关柜同时烧毁的“火烧连营”事故等。近年来，因母线故障造成巨大短路电流冲击导致变压器损坏也不少见，造成了重大的经济损失。

1 弧光放电的产生

  当两电间电压升高时，电近处空气中的正负离子被电场加速，并在移动过程中与其他空气分子碰撞产生新的离子，这种离子大量增加的现象称为电离。当空气被电离时，温度随之急剧上升产生电弧，这种放电称为弧光放电。弧光放电一般不需要很高的电压，属于低电压大电流放电。

2 中低压开关柜内发生弧光短路的主要因素

(1)使用了性能不良的导电体。

(2)电网结构的改变(系统容量、电缆应用增多)。

(3)人体或其他物品意外接触到带电部位。

(4)绝缘损坏(包括老化、受潮、裂痕等)。

(5)元件损坏，没有良好的维修和保养设备。

(6)过电压。

(7)操作过程中的失误或者设计、安装错误。

3 电弧光保护系统的发展及作用

3.1电弧光保护系统的发展

  近年来，随着国内电力工业的高速发展，中、低压开关柜的应用数量越来越多，因开关柜弧光短路故障而引发的中、低压母线故障日益增多。鉴于用户对供电可靠性的要求越来越高，国内专家一直强调装设专用中、低压母线保护的重要性，用户也希望能提供一种造价较低、原理简单、适用于6—35kV的母线保护，以大限度地减少母线故障对设备及人员的危害，提高供电可靠性。在这种背景下，电弧光保护系统在我国电力系统中得到了广泛应用。

3.2电弧光保护的作用

(1)保护附近工作人员免受电弧短路故障造成的伤害。

(2)保护中、低压开关设备免受严重损坏，防止火灾事故的发生。

(3)保护昂贵的主变压器或厂用变压器免受短路电流冲击而损坏。

(4)防止波及站用直流系统，避免造成巨大的经济损失。

(5)大限度地减少用户的停电时间，将用户的停电恢复时问由原来的2天至3个星期减少到几个小时。

(6)延长现有开关设备的使用寿命，推迟更换开关设备的时间。

4 电弧光保护系统及其实际应用

   某厂6kV开关柜采用ARB5光电式电弧光保护系统，其工作原理是：采用电弧光传感器监测电弧光信号，配合过流判断故障，其可控硅出口小于lms，快速继电器出口小于8ms以及断路器3560ms的跳闸时间，从而保护开关设备。

4.1电弧光保护系统的特点

(1)采用电弧光及过流双判据原理。

(2)连续的自我检测。

(3)采用光纤传输跳闸指令，可控硅高速出口和快速继电器出口相结合，动作时间小于8ms。

(4)主辅元件分离，单系统可以保护256个监测点。

(5)输入输出均可编程，配置灵活，适合任何复杂工况。

(6)显示故障位置，便于故障处理，大地提高了供电恢复速度。

4.2电弧光保护系统的组成

电弧光保护系统由1个电弧光主控单元、1个电源模块、2个电流辅助单元、1个弧光单元和若干电弧光传感器(按间隔量配置)组成。

将电弧光传感器安装在开关柜母线室内，确保母线室内发生弧光短路故障时能探测到弧光。信号通过光纤和数据线传输到主控单元，主控单元依据设定逻辑，判断是否发出跳闸指令。弧光单元安装在某个选定的开关柜中，选择原则是保证该单元与主控单元和各个开关柜里装设的电弧光传感器的连接线距离较短。

5 安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明

  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。

6 安科瑞ARB5-M弧光保护产品功能和技术参数

7 安科瑞ARB5-M弧光保护产品现场安装

  弧光保护主控单元、探头安装图如下。

作者介绍

未晓妃，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为微电网能效管理和环保安全用电。