摘要：介紹一種快速而的電弧光保護(hù)系統(tǒng)及電弧光保護(hù)的工作原理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并就某110kV變電站安裝的10kV母線電弧光保護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用展開(kāi)論述。
關(guān)鍵詞：中低壓；母線故障；母線保護(hù)；電弧光保護(hù)
前言
目前，電力系統(tǒng)中除了220kV及以上電壓等級(jí)變電站的低壓側(cè)母線按要求裝設(shè)母線保護(hù)外,110kV及以下電壓等級(jí)變電站的35kV及以下電壓等級(jí)的母線并沒(méi)有裝設(shè)母線保護(hù)。由于各種原因,中低壓母線的故障幾率相當(dāng)高,但是長(zhǎng)期以來(lái),一旦母線上有故障,只能由帶有較長(zhǎng)延時(shí)的后備保護(hù)來(lái)切除中低壓母線故障,無(wú)法快速切除母線故障。所以經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)橹械蛪耗妇€故障持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致故障擴(kuò)大,開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的母排及其他設(shè)備燒毀,甚至發(fā)生爆炸的情況,危及臨近設(shè)備及人員的。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,主變外部斷路器故障產(chǎn)生的電動(dòng)力易使主變繞組變形而損壞,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失并嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為保護(hù)變壓器及母線設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行,降低母線故障時(shí)設(shè)備的受損程度,電力系統(tǒng)迫切需要一個(gè)經(jīng)濟(jì)、可靠的中低壓母線保護(hù)解決方案。而在眾多的備選方案中,電弧光保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)理想的解決方案。
一電弧光保護(hù)工作原理
母線設(shè)備發(fā)生故障時(shí)將出現(xiàn)大電流并產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬(wàn)勒克斯的弧光,電弧光保護(hù)根據(jù)故障時(shí)產(chǎn)生的弧光及大電流來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。電弧光保護(hù)通過(guò)弧光探頭或者弧光傳感器來(lái)檢測(cè)弧光,同時(shí)通過(guò)一個(gè)過(guò)流元件來(lái)檢測(cè)電流,當(dāng)檢測(cè)到弧光信號(hào)且過(guò)流元件動(dòng)作時(shí),保護(hù)動(dòng)作并發(fā)出跳閘命令切除其所保護(hù)母線的電源進(jìn)線和該母線上的母聯(lián)斷路器,隔離故障點(diǎn),同時(shí)發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)并對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位,原理見(jiàn)圖2。
二電弧光保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成
電弧光保護(hù)系統(tǒng)由單元、擴(kuò)展單元、弧光傳感器和弧光探頭通過(guò)光纖或網(wǎng)線相互連接構(gòu)成,電弧光保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。一套電弧光保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)一段母線,每套電弧光保護(hù)系統(tǒng)由一個(gè)單元、若干個(gè)擴(kuò)展單元和若干個(gè)弧光探頭組成。兩段母線的電弧光保護(hù)系統(tǒng)之間通過(guò)光纖相互連接各自的單元進(jìn)行通訊,相互傳遞光信號(hào)、過(guò)流信號(hào)及跳閘信號(hào)。單元與擴(kuò)展單元之間通過(guò)網(wǎng)線連接,單元通過(guò)網(wǎng)線向擴(kuò)展單元提供工作電源并接受來(lái)自于擴(kuò)展單元的信號(hào)。擴(kuò)展單元通過(guò)光纖與安裝在各個(gè)斷路器間隔內(nèi)的弧光探頭連接。同一段母線上的多個(gè)擴(kuò)展單元之間通過(guò)網(wǎng)線鏈接，由此實(shí)現(xiàn)通訊并獲取工作電源。
1單元
單元是電弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心元件,主要實(shí)現(xiàn)保護(hù)及通訊功能,其主要由電流監(jiān)視元件和光信號(hào)檢測(cè)元件組成。電流監(jiān)視元件可選擇使用三相過(guò)流判據(jù)或兩相過(guò)流判據(jù)和零序過(guò)流判據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù),當(dāng)電流大于過(guò)流定值時(shí)過(guò)流元件瞬時(shí)動(dòng)作。光信號(hào)檢測(cè)元件檢測(cè)擴(kuò)展單元上傳的弧光動(dòng)作信號(hào),收到該信號(hào)就判定為出現(xiàn)弧光。
2擴(kuò)展單元
擴(kuò)展單元主要用于增加弧光探頭的接口數(shù)量,其內(nèi)部的光檢測(cè)元件對(duì)弧光探頭捕獲的光經(jīng)放大后與預(yù)選參考電平比較,如果光電平超過(guò)預(yù)設(shè)參考電平時(shí),就判定為出現(xiàn)弧光,然后向單元發(fā)出弧光動(dòng)作信號(hào)。擴(kuò)展單元通過(guò)光纖與弧光探頭連接,確保弧光信號(hào)在傳輸過(guò)程中弧光強(qiáng)度的衰耗。
三應(yīng)用實(shí)例
在某110kV變電站10kV兩段母線各裝設(shè)一套電弧光保護(hù)系統(tǒng),兩段10kV母線通過(guò)母聯(lián)斷路器連接,10kV電氣主接線及安裝的兩套電弧光保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。
1保護(hù)判據(jù)的采集
為實(shí)現(xiàn)電弧光保護(hù)系統(tǒng)的功能,過(guò)流元件采集主變10kV側(cè)電流,且采用的電流繞組與主變10kV側(cè)后備保護(hù)所用電流繞組為同組;弧光信號(hào)由擴(kuò)展單元向單元提供,擴(kuò)展單元通過(guò)光纖采集安裝于空氣絕緣鎧裝開(kāi)關(guān)柜的每個(gè)斷路器間隔母線室內(nèi)的弧光探頭傳來(lái)的弧光信號(hào)。
2電弧光保護(hù)系統(tǒng)定值設(shè)置
1)對(duì)保護(hù)動(dòng)作條件進(jìn)行整定,保護(hù)動(dòng)作條件可選擇只要光信號(hào)而不需要過(guò)流信號(hào)或者同時(shí)需要光信號(hào)和過(guò)流信號(hào)。因電弧光保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作將使一段母線失電,為防止保護(hù)誤動(dòng),保護(hù)動(dòng)作條件設(shè)置為同時(shí)需要光信號(hào)和過(guò)流信號(hào)。
2)選擇光參考電平,選擇光補(bǔ)償方式,按廠家建議設(shè)置為自動(dòng)背景光補(bǔ)償。
3)對(duì)過(guò)流定值進(jìn)行整定,過(guò)流可選擇過(guò)電流為相電流或零序電流?？紤]到對(duì)各種故障的適應(yīng)性,選擇相電流且過(guò)流定值參照主變后備保護(hù)過(guò)流Ⅰ段定值進(jìn)行整定。
4)對(duì)光纖通道進(jìn)行整定,設(shè)定每個(gè)光纖接口的工作方式(輸入或輸出)及接收或者發(fā)送信號(hào)的種類(光信號(hào)、過(guò)流信號(hào)跳閘信號(hào))。圖3為例,為確保一臺(tái)主變退出運(yùn)行,由另一臺(tái)主變通過(guò)母聯(lián)向兩段母線供電時(shí),兩個(gè)單元中有一個(gè)檢測(cè)到過(guò)流,保護(hù)也能正確動(dòng)作,應(yīng)將信號(hào)種類設(shè)定為過(guò)流信號(hào)。
四安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說(shuō)明
ARB5-弧光主控單元
（1）＊表示可選附件，需要另外增加費(fèi)用1500元。
（2）主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。
（3）弧光探頭到采集板的長(zhǎng)度不能超過(guò)20米。
（4）如有特殊要求，請(qǐng)?zhí)貏e注明。
五安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)
六安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝
弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。
七結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,將母線短路故障時(shí)間控制在100ms甚至更短的時(shí)間以內(nèi),可在很大程度上降低故障對(duì)母線設(shè)備及主變的損害程度見(jiàn)表2,同時(shí)降低設(shè)備受損程度還可以減少開(kāi)關(guān)柜停電檢修的時(shí)間,針對(duì)中低壓開(kāi)關(guān)柜故障特性開(kāi)發(fā),原理簡(jiǎn)單,動(dòng)作迅速可靠,對(duì)現(xiàn)有設(shè)備無(wú)特殊要求的電弧光保護(hù)系統(tǒng)是一種實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的較為理想的保護(hù)解決方案。
參考文獻(xiàn)：
[1]玉*光，王紀(jì)渝.電弧光保護(hù)系統(tǒng)在10kV母線中的應(yīng)用[J]．
[2]金文龍,陳建華,李光范.全國(guó)110kV及以上等級(jí)電力變壓器短路損壞事故統(tǒng)計(jì)分析[J]1電網(wǎng)技術(shù)11999,23(6),70-74．
[3]張博1電弧光保護(hù)系統(tǒng)在中低壓母線保護(hù)中的應(yīng)用[J]1電工技術(shù)12008(5),12-13．
[4]曾偉忠1縮短變電站10kV母線短路故障切除時(shí)間措施初探[J]1繼電器12007,35(16),61-63．
[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）.
