弧光保护系统在35KV变电站中的应用

辛佩宏

摘 要：介绍一种已在我省电网获得应用的用于母线快速保护的电弧光保护系统，阐述了其工作原理和系统结构，总结了其在变电站应用方面的技术要求和配置安装方案。

关键词：弧光保护；中低压母线；快速保护；应用

引言

电力系统中，中低压母线由于出线多、相间及离地间距小、操作频繁、绝缘老化和人为操作错误等原因，发生故障的几率很大。每年因弧光短路故障所引发的中低压母线事故也日益增多，严重的甚至会烧毁变压器。现有的变压器后备过流保护、馈线过流元件闭锁进线过流保护等保护方案，由于其保护动作时间过长，均无法满足快速切除弧光短路故障的要求。电弧在设备上作用的时间越长（>100ms），造成的危害越大。 若能在100ms之内及时切断电源、熄灭电弧，就可以避免设备受到严重损伤。随着用户对供电可靠性要求的不断提高，根据继电保护快速性的要求，急需在中低压母线上配置一种专用的弧光保护装置。在电弧对配电设施造成严重破坏之前，能够迅速切断线路，避免事故扩大引发的重大经济损失。

我省目前已在七台河电业局35KV太河变10KV侧安装应用DPR361ARC型弧光保护系统。电弧光保护提供了8ms的跳闸输出，总故障切除时间可以控制在50-60ms，在电弧燃起之前就可将故障快速切除。

1 弧光保护系统结构及原理

DPR361ARC弧光保护系统主要由电源模块、主控单元、电流单元、弧光单元，弧光传感器及光纤导线等组成。

主控单元用来测量和处理电流单元及弧光单元的数据，并根据判断发出跳闸指令和定位报警指令。主控单元安装在电源进线柜控制面板上。

弧光传感器集中采集弧光信号的紫外频段，过滤普通光线，具有更高的可靠性；弧光传感器采用特制光纤连接传输，光电转换在装置内完成，抗干扰能力强，故障可定位。弧光检测探头单元就地分散安装于高压开关柜内。

电流单元检测电流的突变量，并送至主控单元进行分析数据处理后，作为系统的电流判据。

电弧光保护系统采用弧光检测和过电流检测双判据原理，在同时检测到弧光和电流增量信号时会启动快速继电器发出跳闸指令，当系统只检测到其中一个信号时，只发出报警信号，其原理如图1所示。

系统具有断路器失灵保护功能，当进线断路器发生拒动时，发出越级跳闸信号，切断上一级断路器，以确保系统的稳定性。

2 弧光保护系统在七台河35KV太河变应用

七台河电业局35KV太河变于2011年安装应用了DPR361ARC型弧光保護系统，几年来，系统运行稳定可靠，为保护母线安全发挥了重要作用。

本工程接线方式为：2条电源进线，单母分段，共14面开关柜（包括所变柜），2个母线桥。

弧光保护配置方式为：1台DPR361ARC主控单元，16个光探头，300米光纤。主控单元安装于10KV进线柜面板上，光探头安装于14面柜及2个母线槽内。

本工程是在运行变电站上加装弧光保护设备。安装时，由于停电时间有限，为保证所有安装调试工作按时完成，一些工作环节需提前准备和实施，以免影响送电时间。

安装方案及步骤：（1）根据工程配置情况，由设备厂家设计人员设计电气安装图纸（需要变电站原图纸电子版），图纸提供给甲方（用户）审核，如有异议，根据要求进行修改，直至图纸符合要求；（2）准备安装辅材及辅件，为安装做好准备。甲方根据厂家提供的图纸，提前在开关柜上开好装置及压板安装孔；（3）甲方停电日期定下后，提前一周通知厂家，厂家安排人员到现场配合安装。（4）停电前一天需要把主控装置安装完毕，停电后，需甲方安排人员帮厂家打开开关柜柜门及关闭开关柜柜门；（5）电源进线、母联和总控单元DPR361ARC之间的CT 线可由甲方协助敷设，弧光保护出口所跳开关亦由甲方敷设；（6）装置扎线、探头固定、光纤敷设、光纤探头压接、装置调试、定值整等工作由厂家调试人员完成；（7）装置调试完毕，由厂家技术人员对甲方运行人员进行培训；（8）试验完毕，甲方进行验收，验收合格，设备投入运行，本站恢复供电，本工程安装调试结束。

3 弧光保护系统在电网中应用技术要求

（1）电弧光保护装置应选用电网公司入网合格产品；（2）电流元件整定值应按躲过该主变实际最大负荷电流整定，推荐设置为1.1-1.3In；（3） 电弧光保护主单元采用弧光+电流综合判据。动作后瞬时跳开主变进线断路器；（4）电弧光保护装置应能提供“故障报警信号”、“故障动作信号”至计算机监控系统；（5）电弧光保护的出口跳闸继电器应满足启动功率不小于5W、动作电压介于55%-70% Ue、动作时间不小于10ms的反措要求；（6）电弧光传感器可采用透镜型传感器或点传感器；（7）为简化二次回路和保护逻辑，可不考虑多台主单元之间互连；（8）控制部分应能显示弧光发生点的位置，方便快速处理故障、恢复供电。

4 弧光保护系统安装要求

（1）KGN柜：按照保护母线隔室、母线侧隔离刀闸室的原则进行安装，在上侧中部，既保证足够的绝缘距离，同时又有足够的角度能检测到柜内弧光。对于35kV开关柜，应在母线隔室、母线侧隔离刀闸室各安装一个弧光传感器。对于10kV开关柜，若母线与母线侧隔离刀闸同在一室，则只安装一个弧光传感器；若母线与母线侧隔离刀闸不在同一室，则需分别安装。

（2）KYN柜：仅在母线隔室进行安装，在上侧中部，既保证足够的绝缘距离，同时又有足够的角度能检测到柜内弧光。

母线PT柜：安装一个弧光传感器，在上侧中部安装，既保证足够的绝缘距离，同时又有足够的角度能检测到柜内弧光。

（3）为了避免电弧光保护无选择性跳闸，简化二次回路，要求110kV变电站35kV和10kV母线采取分列运行方式。

（4）新建110kV变电站应在投产前装设电弧光保护，运行变电站可结合开关柜大修开展电弧光保护加装工作。

（5）电弧光保护投运前的试验按照电力研究院编制的“电弧光保护试验方法”进行。

（6）可以先选一座35KV或110kV变电站进行电弧光保护加装试点工作，总结经验，规范施工设计、施工方案和试验方法，再推广到其它变电站应用。

（7）新建变电站宜由建设单位提前与开关柜生产厂家沟通，预留电弧光保护主单元和扩展单元安装位置及相关端子排接线位置。

5 结束语

弧光保护系统完善了变电站的保护功能，对于快速切除中低压母线故障，减少设备损失，杜绝人身伤害，提高电网稳定性、减少停电时间，发挥着不可或缺的作用。为110KV以下母线开关柜提供了一种优秀的快速保护，具有良好的推广价值。

参考文献

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[3]刘立，彭静，谭剑中，等.光电式电弧光保护系统的运用[J].中国科技信息，2011（6）.