光电式电弧光保护系统的应用

2011-10-17谭剑中

中国科技信息 2011年6期

关键词：弧光开关柜电弧

刘立彭静谭剑中应征罗杰陈雄

湖南省电力公司株洲电业局

光电式电弧光保护系统的应用

刘立彭静谭剑中应征罗杰陈雄

湖南省电力公司株洲电业局

分析现有的中低压母线保护方案及存在的不足，介绍了电弧光保护系统采用弧光检测和过电流检测双判据原理以及其保护动作快、可靠性高等特点。该装置的应用，填补了电网中低压母线没有快速保护的空白，提高了系统安全运行水平。

中低压母线保护；电弧光保护；快速；可靠

引言

中、低压母线在发生短路故障时产生的电弧光对设备及人员造成极大的危害。但是目前国内中、低压母线系统中一般不配置专用的快速母线保护，而是依赖上一级变压器的后备过流保护来切除母线短路故障，这样导致了故障切除时间的延长，加大了设备的损伤程度，该问题已经引起了业内专业人士的高度重视。本母线电弧光保护系统采用弧光检测和过电流检测双判据原理，使保护动作快、可靠性高，填补了中、低压专用快速母线保护的空白。

母线电弧光保护系统满足中国电力行业标准DL/T404-1997（IEC298-1990）的附录A，按户内交流高压开关柜内部故障减灾措施的要求，在跳闸回路里采用了快速继电器Triac技术，确保系统出口跳闸动作时间小于1ms，远远快于传统的母线保护，对开关柜的内部弧光故障总切除时间可以控制在100ms以内。本保护系统可以确保操作人员安全，将故障损失降到最低，为快速处理故障、恢复供电创造条件。

1.装设电弧光保护的必要性

1.1 电弧光产生的原因

a.误入带电间隔

b.隔离开关误操作

c.带接地线合闸

d.忘记测量工作区内的电压

e.设备故障和带电设备的误操作

f.设备正常检修后，遗漏工具在开关设备内

g.错误的开关柜内外接线

h.错误的母线连接

i.绝缘老化和机械磨损、过电压

j.小动物（尤其是老鼠）、灰尘、湿度、温度、腐蚀等环境因素

1.2 电弧光的危害

a.电弧光中心温度相当于太阳表面温度的2倍，约为20000摄氏度，由于过热将导致铜排、铝排烧毁气化

b.电缆烧毁，电缆护套着火

c.过热导致压力上升，使开关设备爆炸

d.开关设备强烈振动，使固定元件松脱

e.高温烧灼皮肤，强光刺伤眼镜

f.产生大量的有害气体，伤害呼吸系统

g.爆破音震损耳膜、肺脏

h.碎片飞射，造成人员伤害，甚至死亡

电弧光故障的危害程度取决于电弧电流大小及切除时间长短，电弧光产生的能量I2t与电弧故障切除时间t成指数规律快速上升。只有总切除时间小于100ms，才能使设备不遭受结构性损害。

图1 电弧光的危害示意图

1.3 目前用于中、低压母线的保护方式及其局限性

目前用于中、低压母线系统中常用的保护方式有以下三种：

1）变压器后备过流保护（典型的动作时间为1.2s～2.0s）。

2）采用馈线速断保护闭锁的变压器后备过流保护（典型的保护动作时间为300ms～500ms）。

3高阻抗母线差动保护（典型的保护动作时间为30ms～55ms）

由图1可知：1和2两种保护对总切除时间小于100ms的要求来讲，时间太长；而3保护范围受CT安装位置的限制，接线复杂，CT要求高，且价格昂贵。

2．工作原理及其优点

2.1 原理介绍

电弧光保护动作判据为故障时产生的两个条件：弧光和过电流。当同时检测到弧光和电流增量时发出跳闸指令信号；当只检测到弧光或者电流增量时发出报警信号，并不会发出跳闸指令，如图2所示。

图3 变电站弧光保护原理接线图

2.2 弧光保护优点

动作迅速可靠：跳闸回路里采用了快速继电器Triac技术，确保保护系统在1ms内发出跳闸信号，使开关柜内部电弧光故障总切除时间控制在100ms以内，而且在外观上无明显损坏。

故障点定位功能：根据弧光传感器的实际安装位置可以实现分区保护的功能，弧光传感器可以安装在开关设备的任何位置（一般装在母线室内，以检测母线故障），并在主控单元上显示故障发生的位置，此功能可以减少故障处理时间，快速恢复供电。

抗干扰能力强：电弧光保护系统采用无源弧光传感器探测弧光，系统主控单元、弧光单元、电流单元及弧光传感器采用了光纤星形及传输技术，且装置完全满足电磁兼容EMC的标准，确保了整个弧光保护系统的可靠性及高强的抗干扰能力。

配置灵活、适应性强：系统使用先进的处理器技术，通过对弧光和过电流动作信号的灵活编程，可对各段母线提供选择性保护，适用于不同类型的接线和运行方式。

3.杨家岭变电站的应用

变电站母线电弧光保护系统主要由主控单元、电源模块、电流单元、弧光单元、弧光传感器及连接各部件之间的光纤和数据线组成，如图3所示。

主控单元：主控单元用于管理、控制整套电弧光保护系统。它检测故障电流和弧光信号，并对收到的两种信号进行处理、判断，在满足跳闸条件时，发出跳闸指令以切除故障。主控单元通常安装在母线系统电源进线柜或电源进线柜旁边开关柜的二次控制门板上。主控单元有4个数据输入接口，共可接24个弧光单元或电流单元；输出接口包括4路快速跳闸输出和6路常规继电器跳闸输出；共有4+16个弧光检测接口。当弧光信号输入超过16个小时，推荐采用弧光单元。此外，主控单元根据弧光单元或者弧光传感器输送的信号，能准确地判断故障点位置。主控单元的逻辑编程操作方便，可根据用户不同接线和运行方式选择跳闸逻辑。

电流单元：电流单元用于检测过电流信号，A、B、C三相电流均可检测。同时可匹配5A、2A和1A的电流互感器，其中电流的整定可以通过面板上的电位计来调节，整定范围从50%至500%。电流单元检测到的信号通过光纤和数据线传输到主控单元，主控单元依据已设定的逻辑判断是否发出跳闸指令。

弧光单元：主控单元自带的弧光检测接口（由弧光传感器输入）有16个，若母线系统要求的检测点超过此数值，推荐采用弧光单元，其地址可以通过拨码开关来设定。每个弧光单元包含10个弧光检测接口，这些接口均为光纤接口，用于连接弧光传感器。弧光传感器的感光强度则可以通过弧光单元面板上的电位计来调节设定，可以从10Klux调节至50Klux。弧光单元检测到的信号通过光纤和数据线传输到主控单元，主控单元依据设定的逻辑，判断是否发出跳闸指令。弧光单元通过安装在选定的某个开关柜中，选择的原则是保证该单元相关光纤使用量较少。

弧光传感器：专用于母线保护的无源弧光传感器安装在开关柜的母线室内，是检测弧光的光感应元件。当发生电弧光故障时，光强度大幅度增加，弧光传感器直接将光信号传送给主控单元或者弧光单元。

光纤三工器：电弧光保护系统光纤三工器可以在标准数量的保护通道不足的情况下，非常方便地扩展保护点，并且节省相应费用。在不影响电弧光保护系统功能的情况下，满足了用户扩展保护点的要求，给用户带来了极大方便。