安科瑞 陳聰

摘要：本文分析了中低壓設(shè)備運(yùn)行存在的問(wèn)題，對(duì)中低壓母線弧光保護(hù)裝置的系統(tǒng)構(gòu)成和保護(hù)原理和進(jìn)線了分析，結(jié)合實(shí)際使用情況，探討了在變電所和配電所兩種主接線方式下電弧光保護(hù)系統(tǒng)的配置方案，以期得到更廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：弧光保護(hù)；電弧光；傳感器；主控單元

0引言

以往的母線保護(hù)基本上基于電流差動(dòng)原理而設(shè)計(jì)，接線方式復(fù)雜，成本較高，運(yùn)行維護(hù)工作量大，目前國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的中低壓母線沒(méi)有配置專門的母線保護(hù)，母線故障的切除均靠上配電設(shè)備保護(hù)裝置的后備保護(hù)來(lái)切除，為了和中低壓系統(tǒng)饋線保護(hù)在選擇性上的配合，往往帶著很大的延時(shí)，所以不能快速地切除中低壓母線上的故障。在中低壓配電系統(tǒng)中，開關(guān)柜體越來(lái)越小型化，配電裝置之間的間距也越來(lái)越小，產(chǎn)生弧光的的概率，弧光事故對(duì)母線、變壓器造成近距離短路故障沖擊，如不能及時(shí)切除，可引起變電站開關(guān)柜和其它設(shè)備故障，造成嚴(yán)重的損失和重大人身傷亡事故?？焖偾谐_關(guān)柜體內(nèi)的故障以縮小故障范圍已迫在眉睫。因此完*有必要采用套快速保護(hù)來(lái)保證中低壓配電設(shè)備的可靠運(yùn)行為了保證中低壓配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。需要配置專用的保護(hù)設(shè)備，用于快速切斷故障。電弧光保護(hù)系統(tǒng)正是基于開關(guān)柜內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生弧光這個(gè)思路而設(shè)計(jì)的套母線保護(hù)系統(tǒng)。

1電弧光及其危害

在電力系統(tǒng)輸電線路和開關(guān)柜中，經(jīng)常會(huì)由于短路故障而出現(xiàn)很大的電流，從而使整個(gè)系統(tǒng)遭到破壞甚至癱瘓。在電路短路的瞬間會(huì)出現(xiàn)溫度急劇增加，周圍空氣發(fā)生電離。進(jìn)而引起電弧性短路起火而發(fā)出刺眼的強(qiáng)光。而對(duì)于通電的兩個(gè)電，在其接觸的瞬間和離開的

瞬間均會(huì)產(chǎn)生耀眼的強(qiáng)光，這種強(qiáng)光即是電弧光。按照電弧光發(fā)生的機(jī)理不同，可分為帶電導(dǎo)體間的電弧、帶電導(dǎo)體和地之間的電弧和絕緣表面的爬電。

1.1帶電導(dǎo)體間的電弧性短路起火

該情況下有兩種可能，其是兩導(dǎo)體接觸時(shí)因短路電流產(chǎn)生的高溫，使接觸點(diǎn)金屬熔化，之后金屬熔化成團(tuán)收縮而脫離接觸的過(guò)程，在這種情況下可能建立電弧。其二是線路絕緣水平嚴(yán)重下降，雷電產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓或電網(wǎng)故障產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓都可能擊穿惡化的線路絕緣而建立電弧。

1.2接地故障電弧起火

在電氣線路施工中，由于帶電導(dǎo)體絕緣外皮與鋼管間的摩擦?xí)菇^緣薄膜嚴(yán)重受損，另外，發(fā)生雷擊時(shí)地面上春夏瞬變電磁場(chǎng)，它對(duì)電氣線路將感應(yīng)很強(qiáng)的瞬態(tài)過(guò)電壓，芯線上感應(yīng)的瞬態(tài)過(guò)電壓是基本相同的，而電纜梯架則因接地而為地電壓。因此，芯線對(duì)地的電位差較大，非常容易引起接地故障電弧。

1.3爬電起火

爬電是指電弧不是建立在空間間隙中的電弧，而是出線設(shè)備絕緣表面上的電弧。以上幾種情況，都易產(chǎn)生電弧而引起火災(zāi)，因而要有效的捕捉電弧光并及時(shí)的斷電來(lái)保護(hù)電力系統(tǒng)或保護(hù)裝置。

2電弧光保護(hù)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

電弧光保護(hù)均采用模塊化方式構(gòu)成系統(tǒng)，般包括主控制單元、擴(kuò)展單元（包括各種電流采集擴(kuò)展單元、弧光采集擴(kuò)展單元、跳閘出口中間擴(kuò)展單元）、弧光傳感器等多個(gè)模塊構(gòu)成。

2.1主控單元是弧光系統(tǒng)的核心

主控單元負(fù)責(zé)采集、處理、記錄弧光故障的整個(gè)過(guò)程的判斷和分析。所有擴(kuò)展單元負(fù)責(zé)前端傳感器數(shù)據(jù)的收集和非弧光故障信號(hào)的過(guò)濾，把有效的故障數(shù)據(jù)通過(guò)通訊傳遞給主控單元。各種類型功能的傳感器采集的故障信號(hào)，從弧光產(chǎn)生前期的局放現(xiàn)像開始捕捉，中期溫升曲線的變化、中后期拉弧現(xiàn)象的監(jiān)視以及后期故障煙霧報(bào)警。

2．2弧光采集單元

現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中需要使用采集單元和主控單元配合使用，每個(gè)弧光采集單元具有8個(gè)弧光檢測(cè)接口用于連接弧光探頭，采集單元之間通過(guò)光纖集聯(lián)，無(wú)限擴(kuò)展弧光探頭采集數(shù)目。所接弧光探頭的感光強(qiáng)度可以在1Klux到499Klux之間調(diào)節(jié)，當(dāng)它感受到過(guò)弧光后向主控單元發(fā)送弧光動(dòng)作光信號(hào)。

2．3弧光探頭

專用于母線保護(hù)的無(wú)源弧光探頭安裝在開關(guān)柜的母線室內(nèi)，是探測(cè)弧光的感應(yīng)元330大角度采集弧光信號(hào)，保證了弧光動(dòng)作的可靠性。

2.4智能電弧光保護(hù)系統(tǒng)配置方案要求

智能電弧光保護(hù)系統(tǒng)由弧光保護(hù)主單元和采集單元配合完成保護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)電力次系統(tǒng)配置要求，弧光保護(hù)主單元與采集單元所需要的數(shù)量不同。

3.鐵路常用的變配電弧光保護(hù)系統(tǒng)

3.1配電所弧光保護(hù)系統(tǒng)

每段母線配置套弧光保護(hù)系統(tǒng)，主控單元負(fù)責(zé)采集電源進(jìn)線三相電流以及保護(hù)系統(tǒng)的邏輯控制。光壓傳感器分布在每面開關(guān)柜間隔的母線室和電纜室內(nèi)，通過(guò)弧光擴(kuò)展單元或者直接連接到主控單元?；」鈧鞲衅鞑捎霉鈮后w型，且光強(qiáng)和壓力閾值可調(diào)節(jié)。避免因光線遮擋造成的弧光保護(hù)系統(tǒng)拒動(dòng)或延遲動(dòng)作。每面開關(guān)柜的三相母線和電纜分別配置3點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫傳感器，實(shí)時(shí)將溫度數(shù)據(jù)通過(guò)溫度單元上傳給主控單元記錄溫升曲線，且用戶可自定義溫度報(bào)警閾值。每面開關(guān)柜中間間隔層安裝個(gè)PDS局放傳感器（TEV暫態(tài)電壓），實(shí)時(shí)對(duì)本柜局放故障的在線監(jiān)測(cè)，旦發(fā)生局放現(xiàn)象，弧光系統(tǒng)自動(dòng)記錄放電能量和頻率并報(bào)警，提示用戶處理。煙霧傳感器作為因弧光故障后期引起的電氣火災(zāi)的報(bào)警信號(hào)，可設(shè)置于無(wú)人值守站配電系統(tǒng)。安裝在每個(gè)間隔配電柜的母線室頂部，發(fā)生煙霧報(bào)警時(shí)弧光保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警輸出并記錄故障點(diǎn)位置?；」獗Ｗo(hù)系統(tǒng)動(dòng)作邏輯：弧光保護(hù)系統(tǒng)采用電流、壓力、光強(qiáng)、局放、溫度等多重判據(jù)，比傳統(tǒng)弧光+電流雙判據(jù)更加可靠，當(dāng)母線發(fā)生弧光故障時(shí)快速切斷進(jìn)線側(cè)電源；當(dāng)電纜室弧光故障時(shí)切斷本柜斷路器，分區(qū)分控減少停電影響。

3.2變電所弧光保護(hù)系統(tǒng)

每段母線配置套弧光保護(hù)系統(tǒng)，主控單元負(fù)責(zé)采集變壓器出線柜三相電流以及保護(hù)系統(tǒng)的邏輯控制。高壓側(cè)變壓器出線柜內(nèi)安裝個(gè)光壓傳感器，變壓器室安裝兩個(gè)光壓傳感器，當(dāng)發(fā)生弧光故障時(shí)，弧光保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)因弧光故障引起的過(guò)流信號(hào)同時(shí)接收光壓傳感器的報(bào)警信號(hào)時(shí)，快速切斷變壓器出線柜開關(guān)進(jìn)行保護(hù)。

4安科瑞ARB6產(chǎn)品功能

注：√表示具備此功能，■表示可選功能。

4.1產(chǎn)品選型指標(biāo)配置

4.2開孔尺寸

4.2.1ARB6弧光保護(hù)裝置安裝位置和開孔尺寸。

ARB6弧光保護(hù)裝置安裝時(shí)需考慮開關(guān)柜安裝空間，與保護(hù)范圍內(nèi)電源進(jìn)線回路的TA回路連接、保護(hù)跳閘回路連接，原則上采用就近安裝方式，避免TA采集回路、跳閘回路連線過(guò)長(zhǎng)，般安裝于主變壓器中、低壓側(cè)進(jìn)線柜或TV柜柜門上，建議采用面板開孔安裝。

ARB6弧光保護(hù)裝置外形和開孔尺寸如下。（尺寸單位：mm）

左視圖正視圖開孔圖

4.2.2ARB-S弧光探頭固定方式和開孔尺寸

ARB-S弧光探頭固定在卡扣支架上，卡扣支架需要開孔安裝?？壑Ъ艿拈_孔尺寸為20mm（直徑）。

4.3探頭安裝位置

4.3.1母線室弧光探頭安裝

4.3.2手車室弧光探頭安裝

4.3.3電纜室弧光探頭安裝

5結(jié)論

弧光保護(hù)裝置解決了變壓器，母線近距離短路故障產(chǎn)生的危害，在出現(xiàn)短路故障動(dòng)作的同時(shí)也記錄了動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作值、故障點(diǎn)位置等信息，對(duì)于無(wú)人值守的變配電所提供信息，保證系統(tǒng)正確可靠的運(yùn)行。在現(xiàn)場(chǎng)投入運(yùn)行過(guò)程中，弧光保護(hù)系統(tǒng)會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]王紅美．弧光保護(hù)系統(tǒng)在變配電中的應(yīng)用．

[2]國(guó)家能源局．NB/T42076—2016弧光保護(hù)裝置選用導(dǎo)則.

[3]李從飛，陳凡，系統(tǒng)設(shè)計(jì)I-J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，（12）：125—128．

[4]李蘇蘇．基于配網(wǎng)潮流的合環(huán)電流分析與控制[D]．北京：華北電力大學(xué)，2005．

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5（版）.