10kV开关柜弧光保护的试验调试研究

区均方

摘要：10kV开关柜在运行的过程中很容易出现电弧光，引起能量变化、电流波動等，严重影响了开关柜的安全性、可靠性和稳定性。本研究从10kV开关柜弧光保护原理和系统组成出发，分析弧光保护中的关键事项。在该基础上选择测试光源、光照度计、继电保护试验仪，对10kV开关柜弧光保护装置性能进行测试和调试，以达到最佳的保护效果。

关键词：开关柜;弧光保护;组成;试验调试

开关柜作为电力系统中的重要基础设施，其安全系数直接影响着输配电效益，是运维管理的重中之重。一般开关柜在运行中受环境等影响容易会产生弧光放电，引起电流波动，这类电流无法达到保护定值的要求，导致其无法及时切断故障区域。久而久之，不仅会影响开关柜的使用寿命，严重时甚至直接导致装置损坏，引起大面积断电，在开关柜管控中需全面重视。

1 10kV开关柜弧光保护系统分析

1.1 基本原理

弧光放电主要是由于短路过流引起气体击穿导致，可引发强烈光辉并产生高温。这种高强弧光会对眼睛造成伤害，高温灼烧也会造成装置损坏，同时其燃烧产生的毒气还会影响人们的呼吸道。为消除弧光放电的危害，10kV开关柜可利用“感光+电流”检测机制作为故障判据，即通过测定是否存在弧光或电流骤增，根据弧光及电流骤增量判断是否达到整定值，一旦达到或超过整定值，即发出弧光保护跳闸指令使开关动作跳闸。

1.2 系统组成

10kV开关柜弧光保护系统主要包括检测回路、断路器回路、屏蔽保护、主控单元等，如图1所示。

其中，弧光传感器可以采集开关柜中重点装置的电流、电压数据，将其传输到电压电流检测回路和弧光检测单元中，判断电压电流是否异常、是否存在弧光电流等。弧光主控单元根据两侧检验单元的分析报告，第一时间查找弧光故障点，控制断路器进行故障区域隔离，从而最大限度降低10kV开关柜弧光事故风险。

2 10kV开关柜弧光保护的试验调试

10kV开关柜弧光保护要求较高，需针对运行环境、装置仪器、保护标准等进行保护试验和现场调试，这样才能够使10kV开关柜弧光保护装置达到最佳效果，实现10kV开关柜安全效益和经济效益的全面提升。

2.1 仪器选择

本次研究过程中以某县级中压配网中的10kV开关柜为例，研究开关柜弧光保护试验调试中的重点和难点，具体内容如下。

（1）试验光源。某县级中压配网中的10kV开关柜使用的ABB公司生产的REA100系列弧光保护装置，其试验调试过程中可配合多种光源，测定弧光保护感光探头的检测效果并进行参数调试。光源环境模拟县域内10kV开关柜运行环境中的可见光情况，设置见表1。

为测定试验光源强度，在测试调试过程中还选取大量程光照度计。可选择LX1010B型号手持式仪器，其量程在1～50000 lx，精度可达1 lx，操作时将仪器直接置于试验光源环境中测定即可，非常便捷。

（2）测试仪器。10kV开关柜弧光保护系统性能测试的过程中，应使用继电保护装置对切断弧光电流的动作响应时间进行测定，其选择过程中应注意测定的精度。本次试验中选择PW31E继电保护微机试验仪作为主要装置，其精确度可达到±0.1%。

2.2 试验调试

2.2.1 感光试验及调试

10kV开关柜弧光保护系统投入使用首先需对传感器的感光效果进行测试，按照结果调整传感器位置、感光角度等。试验调试环节可先将透镜式弧光传感器分别安装在开关室和电缆室中，若区域内出现感应强度内的弧光，即发出感光信号，传输到弧光检测装置中，生成弧光保护响应动作指令，致使弧光保护动作。

本次主要在10kV开关柜容易产生弧光的开关室进行感光测试，分别用5种光源在以上试验点进行照射。同时，通过LX1010B型号手持式仪器测定光源照度值，观察10kV开关柜弧光保护系统是否动作，其测试结果见表2。

从上述测试结果中可以发现：使用透镜式弧光传感器进行10kV开关柜弧光保护的灵敏度较高，在工况中误动情况较少，可准确感应电弧光并保护。在测试点3和测试点4区域，存在大强度照明设备直射，透镜式弧光传感器感光强度高，会引起弧光保护误动。调试过程中应调整此间透镜式弧光传感器的位置、角度，避免由上述照明装置引起的10kV开关柜弧光保护误动。

2.2.2 响应试验及调试

10kV开关柜弧光保护系统投入使用前，还要对保护动作灵敏度和可靠性进行测定，依照试验结果进行调试，以确保在最短时间内达到故障切除。试验调试时使用大强度照明装置作为试验光源，在10kV开关柜弧光保护系统中接入PW31E继电保护微机试验仪，测定探照灯直射时的弧光保护动作时间，观察现场开关投切情况。

测试过程中发现，透镜式弧光传感器感应到探照灯直射光后3ms左右，10kV开关柜弧光保护动作，基本满足响应需求，但容易因光源使用不当导致感光误动。为解决上述问题，试验调试环节增加电流闭锁判据，将10kV开关弧光保护系统中电压电流回路检测模块中采集到的瞬时电流同时作为弧光保护判断依据。若回路中检测到故障电流且透镜式弧光传感器中发出感光信号，即响应10kV开关柜弧光保护动作，其增加后的响应时间见表3。

经试验，10kV开关柜弧光保护系统中增加电流判据后，基本不影响弧光保护的响应时间，且避免了保护误动，从根本上提升了10kV开关柜弧光保护的可靠性、稳定性和有效性。

2.3 使用效果

从安全性能而言，10kV开关柜弧光保护试验调试工作有效提升了弧光保护的可靠性和准确性，减少了弧光事故发生后的保护误动或拒动，降低了区域故障断电的可能性。将试验调试后的10kV开关柜REA100系列弧光保护装置投入使用后，2019年某县级配网共检测弧光故障、执行弧光保护动作百余次，保护动作可靠性达到99.1%，除1起因REA100系列弧光保护装置故障引起的保护误动外，其他保护操作执行均准确、及时、有效，使区域内用户平均故障时间缩短到2.1h。

从经济角度而言，对10kV开关柜弧光保护系统进行试验调试可以从根本上增强弧光保护系统的整体性能，减少资源浪费和设备经济损失。某县级中压配网中的10kV开关柜REA100系列弧光保护装置经调试投入使用后，其适用范围更广，可靠性更高，能够在最短时间内准确切断故障区域，避免严重开关柜事故，为电网的安全运行提供了保障，在一定程度上改善了10kV配网运行的经济效益。

3 总结

10kV开关柜弧光保护系统投入使用过程中，必须先依照开关柜运行工况及易发生弧光事故区域现状，开展有效测试和调试。对容易出现误动、拒动等因素进行排除，使10kV开关柜弧光保护系统能够安全、稳定运行。尤其是在传感器选择和动作响应设置的过程中，必须经过严格测试调试，使其能够完全符合10kV开关柜弧光保护的各项标准，这样才能够最大限度提升10kV开关柜运行的安全效益和经济效益。

参考文献：

[1]刘海峰，毛文奇，梁文武，等. 10 kV开关柜配置电压闭锁型弧光保护方案[J]. 电力系统及其自动化学报，2019，31（12）：89-94.

[2]王超. 弧光保护在中低压开关柜中的应用研究[J]. 电气开关，2019，57（6）：83-84，88.

[3]杨奕，廖仕利，张柏年，等. 一种新型高压开关柜弧光检测与保护方案设计[J].重庆理工大学学报（自然科学版），2015，29（9）：111-115.

[4]徐明，罗建. 10kV开关柜中弧光保护的调试和试验[J].重庆电力高等专科学校学报，2015（2）：33-37.

[5]张喜玲，杨慧霞，蒋冠前. 弧光保护关键技术研究[J].电力系统保护与控制，2013（14）：130-135.

[6]管勇涛，朱月涌，裴善鹏. 弧光保护在35 kV及以下高压开关柜中的应用[J]. 电力勘测设计，2015（z2）：126-130.