【應用案例】電弧光保護在變電站中的應用

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

  在變電站運行過程中，安全性和穩定性是一個重要因素。近年來，在變電站建設中，由于室內開關柜占地面積小、操作集中、運行維護方便，由于各種原因，越來越多的開關設備被嚴重燒毀，變電站事故處理不當將直接影響變電站運行的安全性和穩定性，導致電網事故擴大，不僅造成嚴重的經濟損失，還可能造成人員傷亡。在變電站設計過程中，為確保變壓器、母線、開關設備的安全運行，按相關規范配置保護裝置，但目前國內35kV及以下母線一般不配備快速母線保護，但由變壓器備用過流保護切除母線故障，備用保護動作至少0.5s，這就增加了對設備的損壞程度。因此，變電站低壓開關柜配備電弧光保護，一旦出現故障，可及時切除故障，防止故障進一步擴大。

1.低壓開關柜設備運行中的問題及運行要求

1.1開關柜設備運行中的問題

  在變電站設計過程中，110kV及以上母線設置母線，35kV及以下母線系統電壓等級一般不配置快速母線保護，但依靠變壓器備用過流保護切除母線短路故障，導致故障切除時間延長，增加設備損壞程度。

  在設備使用過程中，母線操作頻繁，設備絕緣老化和機械磨損不可避免。運行條件的變化和人工操作錯誤會導致母線故障率的增加，對變電站的運行存在安全風險。

1.2開關柜安全運行要求

（1）開關柜內的電弧耐受性時間。根據IEC298標準，開關柜內的電弧耐受性為100ms。目前市場上銷售的開關柜是按照本標準的要求設計的，開關柜在使用過程中可承受的電弧燃燒時間為100ms。由于電弧光故障一般發生在斷路器動作前，故障短路電弧一直處于燃燒狀態，保護動作時間與斷路器開關時間之和是電弧燃燒的持續時間。因此，從開關柜保護的角度來看，保護動作應在100ms內迅速響應，切除電弧短路故障，防止故障進一步擴大，造成更大的危害。

（2）開關柜弧光故障保護。除加強開關柜結構外，還應快速保護母線配置，在開關柜耐火弧時間內切除故障，從根本上限制故障電弧，損壞開關設備和人員安全。

2.電弧光母線保護系統

  弧光保護是一種快速可靠的母線保護系統。根據檢測弧光和過流雙判據原理，可快速響應變電站故障，適用于各種運行方式，為變電站中低壓母線保護提供解決方案?；」獗Ｗo系統主要包括以下幾個方面：

2.1主單元

  主單元是電弧保護系統的主要組成部分，主要檢測電弧光傳感器的短路電流和動作信息，處理和判斷收集到的故障信息，發出故障處理信號，切除故障。電弧光保護系統應在同時檢測到電弧光和過流時發出相應的切斷指令。如果進線斷路器沒有及時切斷故障，系統將啟動斷路器故障保護邏輯，并向上級斷路器發出跳閘指令進行故障切除。此外，電弧保護系統的主單元還將根據輔助單元傳輸的電弧光傳感器的動作信息確定電弧光故障點的位置，并發送溫度報警信息。

2.2輔助單元

  電弧保護系統的輔助單元一般安裝在開關柜內，每個輔助單元可與10個電弧傳感器、1個溫度傳感器和1個便攜式電弧傳感器連接。當系統發生電弧故障時，輔助單元可以收集電弧傳感器中傳輸的動作信息，并將其傳輸給主單元，然后分析和響應故障。輔助單元和電弧傳感器的地址號可顯示在主單元中，有助于及時解除故障。

2.3弧光傳感器

  弧光傳感器是感應故障的主要部件，安裝在開關柜的每個間隔室內?；」鈧鞲衅魇枪飧袘?。如果出現弧光故障，光強度顯著增加，傳感器檢測光強度，將光信號轉換為電流信號并傳輸給輔助單元。

2.4電流單元

  電流單元主要檢測系統中的電流變量，并將其發送到主控單元進行分析和處理，然后將處理結果作為判斷系統電流的依據。

2.5電弧光保護系統

  系統采用弧光檢測和過電流檢測，實現整個變電站運行設備的雙重檢測和判斷，如果同時檢測弧光和電流增量信號，設備和系統故障，需要快速啟動繼電器，發出跳閘指令，當系統只檢測到一個信號時，只需發出報警信號，通知技術人員系統故障。

安裝電弧光保護裝置的設備和系統具有斷路器故障保護功能，即當進線斷路器拒絕移動時，會發出越級跳閘信號，切斷上短路信號，確保系統運行穩定。

3電弧光保護在變電站中的應用

  本文以變電站為例，分析討論了電弧光保護在變電站中的應用。

  ARB5弧光保護系統安裝應用于變電站。近年來，該系統運行非常穩定可靠，在保護母線方面發揮了重要作用。本工程接線方式為2條電源進線，單母分段，共有14個開關柜和2座母線橋?；」獗Ｗo配置主要有：ARB5主控單元，16個光探頭，300米光纖。主控單元安裝在10kV進線柜面板上，光探頭安裝在14面柜和兩個母線槽中。本工程安裝時，變電站在運行過程中安裝弧光設備。

  因此，由于停電時間短，為確保安裝調試工作能夠完成，應提前做好準備。安裝步驟主要包括以下幾個方面：

（1）根據變電站安裝弧系統的實際情況，弧系統設備制造商的設計人員設計電氣安裝圖紙，向變電站相關技術人員提供圖紙，根據變電站的實際情況進行改進，直至圖紙符合要求。

（2）準備安裝所需的輔助材料和輔助部件。變電站應根據設計人員提供的圖紙，提前在開關柜上打開設備和壓板安裝孔，為安裝做好準備。

（3）變電站確定停電時間后，應提前通知廠家，廠家應安排技術人員配合現場安裝。變電站停電時要考慮綜合因素，確定具體時間。

（4）主控制裝置需要在停電前一天安裝。停電后，變電站技術人員應安排常見的弧形設備技術人員，打開開關柜門，安裝后及時關閉柜門。

（5）電源進線、母線、總控單元之間的CT線可由變電站技術人員輔助敷設，弧光保護出口跳開關也應由變電站敷設。

（6）具體安裝調試過程由廠家技術人員完成。

（7）所有設備調試完畢后，廠家技術人員對變電站技術人員進行培訓。培訓結束后進行測試，測試驗收合格后完成整個項目。

  在本項目中，電弧光保護系統應根據實際系統的實際情況，在技術上，電弧光保護裝置應能夠提供“故障報警信號”、從“故障動作信號”到計算機監控系統，有助于計算機監控系統及時發現變電站設備運行中的故障和問題，提高解決效率，減少對電力傳輸的影響。同時，電弧光保護的出口跳閘繼電器應滿足啟動功率不小于5W的要求、動作電壓介于55-70之間，動作時間不小于10ms。

  安裝弧光保護系統時，應遵循一定的技術規范：

（1）KGN柜的安裝。

  安裝KGN柜時，應按照保護母線隔間和母線側隔離刀閘室的原則，安裝在柜上中間，既能保證足夠的絕緣距離，又能從足夠的角度檢測柜內弧光是否符合要求。對于本項目35kV開關柜，應在母線隔離室和母線側隔離門室安裝弧傳感器。如果是10kV，如果母線和母線側隔離門同時在一個房間，只需要安裝弧傳感器。如果母線和母線側隔離門不在同一個房間，則需要單獨安裝弧傳感器。

（2）安裝KYN柜。

  安裝KYNN柜時，只能安裝在母線隔間內。安裝在上中間不僅可以保證足夠的絕緣距離，還可以保證及時檢測柜內的弧線。

（3）為避免電弧光保護的不選擇性跳閘，應進一步簡化二次電路，變電站35kV和10kV母線應分列運行。

（4）新建變電站投產前應安裝相應的電弧光保護裝置。運行變電站時，可根據開關柜的檢修情況假裝電弧光保護裝置。

4安科瑞ARB5-M弧光保護產品選型說明

ARB5-弧光主控單元

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請特別注明。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產品功能和技術參數

6安科瑞ARB5-M弧光保護產品現場安裝

  弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

7結束語

  綜上所述，采用電弧光保護系統對變電站進行保護，其動作時間為5-7ms，可以迅速實現對故障的響應和處理，使變電設備的損失減到小，大大提高了變電站運行的安全性和運行效率。