电弧光保护在中低压开关柜和母线保护中的应用
2019-12-21李爽
李爽
东北电力设计院 吉林长春 130021
1 中低压开关柜和母线保护的必要性
在现有的电力系统中,35kV及以下的电压等级母线一般都没有安装有效的保护装置,而中低压母线往往在使用过程中因为频繁的操作,加上其三相导体间与大地距离十分接近,还会受到小动物的影响,这种母线的制造质量本身就要比高压母线低,因此设备的绝缘老化以及在使用中造成的磨损等,加上周围的环境因素影响,在使用中人为操作的失误等等,都会造成中低压母线出现运行困难的问题,导致故障出现,这种故障出现频率往往还要高于高压母线故障发生率。但是,电力企业在管理中,往往会忽视中低压母线的保护工作,一般采用的故障应对措施就是对母线的切除来解决故障问题,这种做法往往造成电网暂时无法正常运营和供电,还可能造成故障问题进一步扩大化,导致更大的经济损失和不利影响。
此外,现阶段开关柜故障问题也越发频繁,很多甚至出现开关柜起火的问题,造成重大的事故发生。虽然一般电网中都安装有变压器,用来调节电压,保护开关,但是变压器故障问题的发生率也在增多,变压器一旦失灵,无法有效实现对电网和相关电气设备的保护,这不得不让人开始关注对于中低压母线的保护装置设计和应用,这是开展中低压母线继电保护的有效措施。
2 电弧光保护原理
电弧作为一张放电过程中的现象,在两点间电压超过介质绝缘强度极限的情况下产生,但是此事要是有重组的能量对于这种热损失进行补偿,维持合理的温度,电弧可以持续产生。在供电系统中,各类开关电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程,在两电极间电压升高时,靠近电极近处空气中的正负离子被电场加速,在移动过程中与其它空气分子碰撞产生新的离子(即电离现象),在空气被电离的同时,温度也会快速增长,从而产生电弧,这就是所谓的弧光放电,简称为电弧光。
电弧光的危害比较严重,通过电弧光保护系统设计,针对电弧光产生的不同原因来划分,电弧光保护系统主要动作依据就是弧光和电流增量。在系统检测到电流增量和弧光同时发生时,会发出跳闸指令,及时采取系统保护措施,避免开关柜和母线受损。这种保护系统装置主要是电弧光保护单元、弧光传感器以及电弧光保护辅助单元共同构成,其中,弧光传感器能够装在开关设备的任何位置,可以依照弧光传感器的实际位置来实现功能保护分区,在电弧光保护主单元中能够对故障发生的具体部位进行显示,这种电弧光保护装置的使用,能够缩短断电实践,提升故障处理效率,实现快速供电。
3 现有的中低压开关柜和母线保护方式及存在的问题和对策
3.1 开关柜内部燃弧耐受时间
在开关柜内部出现弧光短路问题式,根据相关的标准,开关柜的内不燃弧时间是100毫秒,意思是中低压开关柜能够允许的电弧燃烧时间是不超过100毫秒的,这样才能实现保护动作,实现对于开关柜的有效保护目标。现阶段,市场中使用的开关柜一般是根据IEC298 标准生产的,因此可以说,这些开关柜的电弧燃烧时间需要控制在100毫秒内。
3.2 现有的中低压母线保护方式及存在的问题和对策
(1)变压器后备过流保护。现阶段在中低压的母线保护中,采用最多的保护方法就是使用变压器后备过流保护,但是因为和母线以及馈线分段开关配合问题,保护跳闸实践一般定位1-1.4秒,有的甚至需要超过2秒,这种保护动作时间过长,已经无法确保中低压母线的有效保护,不能满足快速保护的动作要求。
(2)馈线过流保护闭锁变压器过流保护。现阶段,也有一些中低压母线保护中使用馈线过流元件闭锁变压器过流保护的方式来实现母线保护。这种保护动作相对于上述的保护方法的确保护效果有一定程度的提升,但是保护动作时间也在300-400毫秒,仍然不能达到100毫秒的要求。
(3)采用环流原理的高阻抗母线保护。这是目前对于中低压母线和开关柜保护的最有效的方法,该保护动作的实践在35=-60毫秒之间,但是,这一动作过程并不包括断路器的分闸时间,因此整体动作时间也会超过100毫秒,且这种保护方式接线繁琐,质量要求也很严格,成本和较高。现阶段,智能电弧光保护装置在中低压母线和开关柜中对于应用比较普遍,ZXHG-601C智能电弧光保护系统专门根据中低压母线系统的保护特点设计而成,能有效的防止和降低电弧光的危害,该系统采用弧光光检测和过流检测双判据原理,动作快、可靠性高,对一次设备无特殊要求,可适用于电力、石化、冶炼等高耗能行业。
4 结语
目前在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保护切除母线短路故障,这样导致故障切除时间的延长,加大设备的损伤程度,破坏严重时可能造成事故进一步扩大,威胁到系统的稳定运行。弧光保护就是专门针对中低压母线的快速保护,使用感光探头监测开关柜内的电弧光,一旦发生闪弧,保护快速动作,能够切除进线开关,这样就可以大大减少因为保护动作不够迅速引起的事故和损失。