安科瑞 劉秋霞
摘要：本文分析了中低壓設(shè)備運行存在的問題，對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原理而設(shè)計，接線方式復(fù)雜，成本較高，運行維護(hù)工作量大，目前國內(nèi)電力系統(tǒng)的中低壓母線沒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，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)柜體越來越小型化，配電裝置之間的間距也越來越小，產(chǎn)生弧光的的概率，弧光事故對母線、變壓器造成近距離短路故障沖擊，如不能及時切除，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。快速切除開關(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)來保證中低壓配電設(shè)備的可靠運行為了保證中低壓配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。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)故障時產(chǎn)生弧光這個思路而設(shè)計的套母線保護(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)常會由于短路故障而出現(xiàn)很大的電流，從而使整個系統(tǒng)遭到破壞甚至癱瘓。在電路短路的瞬間會出現(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。而對于通電的兩個電，在其接觸的瞬間和離開的
瞬間均會產(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)體接觸時因短路電流產(chǎn)生的高溫，使接觸點金屬熔化，之后金屬熔化成團(tuán)收縮而脫離接觸的過程，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)過電壓或電網(wǎng)故障產(chǎn)生的暫態(tài)過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)生雷擊時地面上春夏瞬變電磁場，它對電氣線路將感應(yīng)很強(qiáng)的瞬態(tài)過電壓，芯線上感應(yīng)的瞬態(tài)過電壓是基本相同的，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的斷電來保護(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過程的判斷和分析。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的過濾，把有效的故障數(shù)據(jù)通過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，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警。
2．2弧光采集單元
現(xiàn)場安裝過程中需要使用采集單元和主控單元配合使用，每個弧光采集單元具有8個弧光檢測接口用于連接弧光探頭，采集單元之間通過光纖集聯(lián)，無限擴(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)它感受到過弧光后向主控單元發(fā)送弧光動作光信號。
2．3弧光探頭
專用于母線保護(hù)的無源弧光探頭安裝在開關(guān)柜的母線室內(nèi)，是探測弧光的感應(yīng)元330大角度采集弧光信號，保證了弧光動作的可靠性。
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)，通過弧光擴(kuò)展單元或者直接連接到主控單元。弧光傳感器采用光壓體型，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)拒動或延遲動作。每面開關(guān)柜的三相母線和電纜分別配置3點無線測溫傳感器，實時將溫度數(shù)據(jù)通過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警閾值。每面開關(guān)柜中間間隔層安裝個PDS局放傳感器（TEV暫態(tài)電壓），實時對本柜局放故障的在線監(jiān)測，旦發(fā)生局放現(xiàn)象，弧光系統(tǒng)自動記錄放電能量和頻率并報警，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)的報警信號，可設(shè)置于無人值守站配電系統(tǒng)。安裝在每個間隔配電柜的母線室頂部，發(fā)生煙霧報警時弧光保護(hù)系統(tǒng)自動報警輸出并記錄故障點位置。弧光保護(hù)系統(tǒng)動作邏輯：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)生弧光故障時快速切斷進(jìn)線側(cè)電源；當(dāng)電纜室弧光故障時切斷本柜斷路器，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)安裝個光壓傳感器，變壓器室安裝兩個光壓傳感器，當(dāng)發(fā)生弧光故障時，弧光保護(hù)系統(tǒng)檢測因弧光故障引起的過流信號同時接收光壓傳感器的報警信號時，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
型號和主要功能 | ARB6-A6 | ARB6-A12 | ARB6-A18 | ARB6-A24 | ARB6-A30 | ||
硬 件 資 源 | 弧光探頭信號采集 | 6 | 12 | 18 | 24 | 30 | |
電流采集 | 4組3相電流，共12路電流通道 | ||||||
電壓采集 | 3路零序電壓，共3路電壓通道 | ||||||
開入量采集 | 5 | 22 | 5 | 22 | 5 | ||
繼電器輸出 | 14路常開出口（其中4路高速出口）和2路常閉出口 | ||||||
2路RS485接口 | √ | ||||||
1路以太網(wǎng)接口 | √ | ||||||
2、3路以太網(wǎng)接口 | ■ | ||||||
GPS對時 | √ | ||||||
USB接口 | √ | ||||||
保 護(hù) 功 能 | 弧光保護(hù) | 弧光單判據(jù) | √ | ||||
弧光與電流雙判據(jù) | √ | ||||||
弧光與零序電壓雙判據(jù) | √ | ||||||
弧光監(jiān)測及故障點定位 | √ | ||||||
弧光探頭及光纖鏈路實時自檢 | √ | ||||||
失靈保護(hù) | √ | ||||||
CT斷線監(jiān)測 | √ | ||||||
非電量保護(hù) | √ | ||||||
裝置異常告警 | √ | ||||||
檢修狀態(tài)閉鎖 | √ | ||||||
故障錄波 | √ | ||||||
通信規(guī)約 | Modbus | √ | |||||
IEC101 | √ | ||||||
IEC103 | √ | ||||||
IRIG-B | √ | ||||||
LoopBack | √ | ||||||
注：√表示具備此功能，■表示可選功能。
外形 | 型號 | 指標(biāo) | 配置 | |
| ARB6-A6 | 動作時間： 弧光單判據(jù)≤3.8ms 弧光電流雙判據(jù)≤7.8ms | 0.4kV~35kV：每段母線配置1臺主機(jī)。 | |
ARB6-A12 | ||||
ARB6-A18 | ||||
ARB6-A24 | ||||
ARB6-A30 | ||||
選配 | 2、3路以太網(wǎng)接口 | |||
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| ARB-S0 | 無源型廣角寬光譜探頭 （不含電池、免維護(hù)） 自帶濾光功能 全絕緣、不含金屬成分 （沒有電氣安全隱患） 配套雙股阻燃光纖（20米） | 高壓柜：母線室配置1個弧光探頭，手車室和電纜室可按需各配置1個弧光探頭。 低壓柜：正對主母排處配置1個弧光探頭。 |
| ARB-S1 | 無源型廣角紫外光探頭 （不含電池、免維護(hù)） 自帶濾光功能 ST標(biāo)準(zhǔn)接口 （國網(wǎng)應(yīng)用） 配套雙股阻燃光纖（20米） | ||
ARB6弧光保護(hù)裝置安裝時需考慮開關(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、跳閘回路連線過長，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
ARB-S弧光探頭固定在卡扣支架上，卡扣支架需要開孔安裝。卡扣支架的開孔尺寸為20mm（直徑）。
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)短路故障動作的同時也記錄了動作時間、動作值、故障點位置等信息，對于無人值守的變配電所提供信息，保證系統(tǒng)正確可靠的運行。在現(xiàn)場投入運行過程中，弧光保護(hù)系統(tǒng)會發(fā)揮越來越大的經(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)計與應(yīng)用手冊2022.5（版）.
