安(ān)科瑞(ruì) 陳(chén)聰

摘要(yào)：介紹了(liǎo)電(diàn)弧光保護裝置的組成,對火(huǒ)力(lì)發電廠高壓(yā)廠用(yòng)電係統(tǒng)保護的(dí)現狀(zhuàng)及存(cún)在的(dí)不(bù)足進行(háng)了(liǎo)分析,以一(yī)個典(diǎn)型的2×300MW火力發電廠工(gōng)程(chéng)為例(lì),討論(lùn)了(liǎo)高壓(yā)廠用電(diàn)係(xì)統電弧光(guāng)保(bǎo)護裝置的(dí)設(shè)計(jì)應(yīng)用方案,對電(diàn)弧(hú)光保護(hù)裝置的應用前(qián)景(jǐng)進(jìn)行了(liǎo)展望(wàng)。

關鍵詞(cí)：電(diàn)弧(hú)光保(bǎo)護；高(gāo)壓(yā)廠用電(diàn)係(xì)統；應(yīng)用(yòng)

0引言

隨(suí)著我國電(diàn)網(wǎng)特高壓(yā)，大(dà)電網(wǎng)發展(zhǎn)的不斷(duàn)深化(huà),對於發(fā)電廠安(ān)全(quán)，可(kě)靠運行的(dí)要求(qiú)不斷(duàn)提(tí)高。作為(wéi)電(diàn)網(wǎng)中的主(zhǔ)要(yào)電源(yuán),火力發電廠的安全可靠性(xìng)直接影(yǐng)響電(diàn)網的(dí)安(ān)全(quán)可(kě)靠性。高(gāo)壓廠(chǎng)用(yòng)電係(xì)統的安全(quán)運行(háng)直(zhí)接(jiē)關係到(dào)整個(gè)電廠的安全(quán)可(kě)靠性(xìng),因此,高壓(yā)廠用電係(xì)統(tǒng)的(dí)保(bǎo)護(hù)顯得(dé)至關重要(yào)。

按(àn)照我國現(xiàn)行(háng)的(dí)廠用(yòng)電(diàn)和繼電保(bǎo)護(hù)設計規(guī)程規範(fàn),高壓廠用電係(xì)統一般(bān)不(bù)配置快速(sù)母綫(xiàn)保護(hù),而是由(yóu)上(shàng)元件(jiàn)的後備(bèi)保護來切(qiē)除母綫(xiàn)短路故障。此(cǐ)種配置導致故(gù)障切除(chú)時間(jiān)延長(cháng),加(jiā)大了設備的(dí)損害。近年(nián)來(lái),隨著係(xì)統短路電流(liú)的(dí)不斷增長,由(yóu)於(yú)廠用(yòng)電係(xì)統(tǒng)短(duǎn)路(lù)故(gù)障切除不及(jí)時引(yǐn)起(qǐ)的(dí)電弧光對設(shè)備(bèi)及人員造成(chéng)傷(shāng)害(hài)的(dí)事故(gù)時(shí)有(yǒu)發生,為防止(zhǐ)該(gāi)問題而設(shè)計的電(diàn)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護係(xì)統在(zài)火電廠中也有(yǒu)了應用。本(běn)文主要(yào)從電弧光保(bǎo)護(hù)的(dí)原(yuán)理，構成及其在火(huǒ)電(diàn)廠(chǎng)高(gāo)壓係統(tǒng)應(yīng)用的(dí)典型方(fāng)案出發,對該(gāi)保(bǎo)護(hù)係(xì)統(tǒng)的應用(yòng)進行(háng)探討(tǎo)。

1火(huǒ)力發電廠(chǎng)高(gāo)壓廠(chǎng)用(yòng)電係統(tǒng)的保(bǎo)護現狀(zhuàng)

根據(jù)GB/T14285—2006《繼(jì)電保護(hù)和(hé)安全自動(dòng)裝(zhuāng)置技(jì)術(shù)規程》和DL/T5153—2002《火力(lì)發(fā)電廠廠用(yòng)電設(shè)計技(jì)術規定(dìng)》,針對高壓廠用電源(yuán)及母綫故障的(dí)保護(hù)配(pèi)置(zhì)一般為:

1. 相間短(duǎn)路(lù)故障(zhàng)保護。廠(chǎng)用變壓(yā)器裝(zhuāng)設過電(diàn)流(liú)保(bǎo)護(hù),用於保(bǎo)護變壓器(qì)及相鄰(lín)元(yuán)件的相(xiāng)間短(duǎn)路故(gù)障,保護裝於變(biàn)壓器(qì)電源側;在二次側(3kV,6kV,10kV)母綫斷路器(qì)上(shàng)裝設電流(liú)限速(sù)斷(duàn)保(bǎo)護,帶時(shí)限動作(zuò)於(yú)該分(fēn)支斷路器(qì)。

2. 單相接地故(gù)障保(bǎo)護(hù)。300MW機(jī)組(zǔ)高壓廠(chǎng)用(yòng)電源(yuán)多為低(dī)電阻接(jiē)地係統,其(qí)廠用母(mǔ)綫和廠(chǎng)用電源(yuán)回路(lù)的單相接(jiē)地(dì)保護(hù)由(yóu)接(jiē)於電源變壓器中性(xìng)點(diǎn)的電阻取(qǔ)得零(líng)序(xù)電流來實現,保(bǎo)護動作後帶時限(xiàn)切(qiē)除該回路斷(duàn)路器(qì)。

綜(zōng)上所(suǒ)述(shù),高壓廠用母(mǔ)綫(xiàn)不(bù)配置(zhì)快速母(mǔ)綫保(bǎo)護(hù),而(ér)是由(yóu)上(shàng)元件的(dí)後(hòu)備保護來切(qiē)除母綫短路(lù)故(gù)障,故障(zhàng)切除(chú)時間延(yán)長。

2電弧危(wēi)害和(hé)電弧光保(bǎo)護的原理

2.1電(diàn)弧(hú)造(zào)成的危害

高(gāo)壓開關(guān)櫃(guì)內(nèi)斷(duàn)路(lù)器設(shè)備發(fā)生(shēng)短路時產生的電(diàn)弧(hú)使開(kāi)關(guān)櫃內的溫度，壓(yā)力迅速上(shàng)升,從(cóng)而造成重大危害。

(1)電(diàn)弧溫度(dù)高(gāo),由(yóu)於過(guò)熱(rè)造(zào)成母綫(xiàn)銅(tóng)排，鋁(lǚ)排熔毀(huǐ),電纜熔毀(huǐ),電纜絕(jué)緣(yuán)層著(zhuó)火(huǒ),嚴重時(shí)引(yǐn)發配電(diàn)室(shì)或電(diàn)纜(lǎn)溝火災(zāi)。

(2)壓力(lì)，溫度劇增(zēng)造成(chéng)開關設備爆炸(zhà)。

(3)碎片飛射，高(gāo)溫(wēn)，強光(guāng)，有害氣(qì)體(tǐ)，爆炸音(yīn)等(děng)造(zào)成人員傷害(hài)。

(4)由(yóu)於(yú)弧(hú)光(guāng)引(yǐn)起事故(gù)擴(kuò)大,會(huì)造(zào)成更(gēng)大(dà)麵積(jī)的停電(diàn)和火災事故,導致(zhì)停機或全(quán)廠停電(diàn)。

2.2電(diàn)弧光(guāng)保護(hù)的原理(lǐ)

電弧光保(bǎo)護係(xì)統(tǒng)主要是(shì)基於弧光(guāng)增(zēng)量動作判(pàn)據,並輔以電流增量動(dòng)作(zuò)判(pàn)據,當2個(gè)判據均發出跳(tiào)閘(zhá)令(líng)時,動(dòng)作跳閘(zhá)。電弧光(guāng)保護係統(tǒng)主(zhǔ)要由(yóu)2部分組成(chéng):弧(hú)光傳感器(qì)和(hé)控製保(bǎo)護(hù)主(zhǔ)單元(yuán)。弧光傳感器分散布置在高壓(yā)開關(guān)櫃內(nèi)的(dí)母(mǔ)綫室(shì)和斷路器(qì)室(shì)內;控製(zhì)保護單(dān)元(yuán)集中布置在(zài)電(diàn)源櫃(guì)內,采集弧光傳(chuán)感器及電流傳感(gǎn)器的動作數據(jù),實現(xiàn)控製保(bǎo)護(hù)邏(luó)輯及跳閘(zhá)輸(shū)出(chū)。電(diàn)弧光(guāng)保護係統的故障切除總時間為(wéi)80～100ms,可避免設備受電(diàn)弧危害(hài)而(ér)損(sǔn)壞。

2.3電弧光(guāng)保護的特點

電弧光保(bǎo)護(hù)采(cǎi)用(yòng)弧(hú)光(guāng)作(zuò)為故障主判(pàn)據並采(cǎi)用(yòng)過(guò)電流(liú)作為(wéi)閉鎖(suǒ)條(tiáo)件,原理(lǐ)簡單,同(tóng)時也保(bǎo)證了(liǎo)可(kě)靠(kào)性(xìng)。另(lìng)外,該整(zhěng)套保護係統具有(yǒu)較(jiào)好的(dí)速動(dòng)性,可(kě)快(kuài)速(sù)切除(chú)高壓(yā)廠(chǎng)用母(mǔ)綫(xiàn)的短路(lù)故障(zhàng),防(fáng)止設(shè)備(bèi)損壞和(hé)人員(yuán)損傷(shāng)。由(yóu)於弧光(guāng)傳(chuán)感器(qì)定值的整定(dìng)無成熟的(dí)規範(fàn)依(yī)據,因此,該(gāi)保護係統(tǒng)需要更多的運行(háng)經驗(yàn),弧(hú)光傳(chuán)感器的(dí)元(yuán)件(jiàn)質量也(yě)直接影響(xiǎng)保護係統的性能(néng)。

3電弧(hú)光保護(hù)係(xì)統(tǒng)的(dí)構成

電(diàn)弧光保護(hù)係(xì)統的(dí)構成(chéng)如圖1所(suǒ)示(shì),該係統一(yī)般(bān)包(bāo)含(hán)4個部(bù)分。

圖1電弧(hú)光保護係統(tǒng)構成示(shì)意圖

(1)控製保護(hù)主單元。主單元包含電流檢(jiǎn)測(cè)和控製保護功(gōng)能(néng),通過(guò)分析處理(lǐ)電流檢(jiǎn)測(cè)數(shù)據和來(lái)自(zì)弧(hú)光傳(chuán)感器的動作信息,在(zài)滿足跳閘條(tiáo)件(jiàn)時(shí),發跳(tiào)閘令切(qiē)除故(gù)障(zhàng)。主單元一(yī)般(bān)具有斷(duàn)路(lù)器(qì)失靈(líng)保(bǎo)護(hù)功(gōng)能,在(zài)進(jìn)綫(xiàn)斷(duàn)路器(qì)不能切(qiē)除故(gù)障(zhàng)時,啟動失靈保(bǎo)護邏輯,跳(tiào)上(shàng)斷路(lù)器。此(cǐ)外(wài),主單(dān)元(yuán)還應具有數(shù)據(jù)傳輸，故障信(xìn)息(xī)上(shàng)傳，就(jiù)地顯(xiǎn)示等(děng)功(gōng)能。

(2)弧光(guāng)傳(chuán)感(gǎn)器。弧光(guāng)傳感器分散安(ān)裝(zhuāng)於開關櫃母(mǔ)綫室和(hé)斷路(lù)器(qì)室內,作(zuò)為光(guāng)感(gǎn)應(yīng)元(yuán)件(jiàn),應(yīng)檢測在(zài)故(gù)障(zhàng)中增(zēng)強的(dí)光(guāng)強(qiáng)並將光信號(hào)轉換(huàn)為(wéi)電信號(hào)傳送給輔助單(dān)元(yuán)。

(3)輔助單元。輔助單元分(fēn)散安裝(zhuāng)在(zài)開(kāi)關櫃內(nèi),收集來自弧(hú)光傳(chuán)感(gǎn)器(qì)的故(gù)障動作信息並匯總上傳給(gěi)主單元。每個(gè)輔(fǔ)助單(dān)元可接入(rù)多個(gè)弧(hú)光(guāng)傳感(gǎn)器(qì)。

(4)輔助元件有通(tōng)信(xìn)電(diàn)纜(lǎn)等(děng),主要用(yòng)於聯結(jié)以上3部(bù)分設備,共同(tóng)組成完整的電(diàn)弧光(guāng)保護(hù)係(xì)統。

4高壓廠(chǎng)用電(diàn)係統電弧光保護(hù)典型方(fāng)案

在典型(xíng)的2×300MW火力(lì)發電廠工(gōng)程中(zhōng),每(měi)台機(jī)組設(shè)1台(tái)高壓(yā)廠用工作變(biàn)壓(yā)器(qì)和2段(duàn)高壓(yā)廠(chǎng)用母(mǔ)綫。高壓廠(chǎng)用工(gōng)作變壓器低(dī)壓側采用(yòng)雙分(fēn)裂繞(rào)組(zǔ),2個繞組(zǔ)分(fēn)別接(jiē)入(rù)對應(yīng)的高(gāo)壓(yā)母綫(xiàn)段,高(gāo)壓母綫備用(yòng)電源引自全廠公用的啟動備用(yòng)變壓(yā)器。下麵(miàn)介(jiè)紹一種應(yīng)用(yòng)於(yú)上述工(gōng)程條(tiáo)件的高(gāo)壓廠用(yòng)電(diàn)係(xì)統電(diàn)弧(hú)光保護的(dí)典(diǎn)型設(shè)計方案。

4.1主(zhǔ)單元的配置(zhì)

電(diàn)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護係統(tǒng)及主(zhǔ)單元(yuán)按高壓(yā)廠用電母綫段配置,即(jí)每段高(gāo)壓廠用母綫(xiàn)配(pèi)置1套(tào)電弧光保護係統。在工作(zuò)電源進綫(xiàn)開(kāi)關櫃(guì)配(pèi)置1台主單(dān)元,用於(yú)工作(zuò)進綫(xiàn)的電(diàn)流檢(jiǎn)測和整個(gè)係統(tǒng)的(dí)控製(zhì)保護(hù);同(tóng)時,在(zài)備(bèi)用(yòng)電源(yuán)進(jìn)綫(xiàn)櫃配(pèi)置(zhì)1台(tái)電(diàn)流輔助(zhù)單(dān)元(yuán),用(yòng)於備用電源(yuán)進(jìn)綫的(dí)電(diàn)流檢測。

4.2弧(hú)光(guāng)傳(chuán)感器的配置

在每(měi)麵(miàn)高(gāo)壓(yā)開(kāi)關(guān)櫃(guì)的(dí)母綫室和(hé)斷路器(qì)室(shì)分(fēn)別配置(zhì)弧光傳感器,用(yòng)於檢測開(kāi)關(guān)櫃在故(gù)障(zhàng)時(shí)的(dí)增(zēng)強光(guāng)強。也可(kě)根(gēn)據技(jì)術經濟(jì)分析(xī),僅(jǐn)在(zài)母綫室配(pèi)置弧(hú)光傳(chuán)感(gǎn)器(qì)。

4.3輔(fǔ)助單元的(dí)配置

單台(tái)輔助單元可(kě)接(jiē)入多(duō)台弧光傳(chuán)感器,因(yīn)此,輔(fǔ)助單(dān)元的(dí)配置(zhì)數(shù)量(liáng)根據實際選用的(dí)弧光(guāng)保護(hù)裝(zhuāng)置輔助(zhù)單(dān)元(yuán)的接(jiē)入能力確定。應保證(zhèng)電(diàn)弧(hú)光傳(chuán)感(gǎn)器的接綫(xiàn)距離短(duǎn),8～10麵(miàn)開(kāi)關(guān)櫃設(shè)置(zhì)1台(tái)輔(fǔ)助單元(yuán)。

4.4保(bǎo)護跳(tiào)閘出口(kǒu)

按母綫段配置的電弧光保護係(xì)統,當(dāng)弧光(guāng)判(pàn)據(jù)和(hé)電流判(pàn)據均滿(mǎn)足動作(zuò)條(tiáo)件時(shí),應發(fā)跳(tiào)閘令動(dòng)作於該母綫段工作(zuò)電(diàn)源進綫(xiàn)斷(duàn)路器(qì)和備用(yòng)電(diàn)源進綫斷(duàn)路器跳閘。是否投入斷(duàn)路器失靈功(gōng)能,需根據係統條件和(hé)電(diàn)弧(hú)光故障情(qíng)況綜合分(fēn)析確定。

5安(ān)科瑞ARB5-M弧(hú)光(guāng)保護產(chǎn)品選(xuǎn)型說(shuō)明

ARB5-弧(hú)光主控(kòng)單元

（1）＊表(biǎo)示可(kě)選附件，需要(yào)另外增加費用(yòng)1500元。

（2）主控(kòng)板(bǎn)和采集板(bǎn)數(shù)量(liáng)之(zhī)和不能大於4。

（3）弧光(guāng)探頭(tóu)到采集板的長(cháng)度不(bù)能超過(guò)20米(mǐ)。

（4）如有(yǒu)特(tè)殊要求(qiú)，請特別注(zhù)明(míng)。

6安科(kē)瑞ARB5-M弧(hú)光保(bǎo)護產品(pǐn)功(gōng)能(néng)和技術(shù)參數

7安科瑞ARB5-M弧光(guāng)保(bǎo)護產品現(xiàn)場安裝

弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護主(zhǔ)控單元，探頭(tóu)安(ān)裝(zhuāng)圖(tú)如下。

8結束語(yǔ)

電弧(hú)光(guāng)保護作為一種原(yuán)理簡(jiǎn)單(dān)，速動性好的新型(xíng)保(bǎo)護係統,為火(huǒ)力發(fā)電(diàn)廠高壓(yā)廠(chǎng)用電係統母(mǔ)綫(xiàn)故障保護,減少設備(bèi)損壞和(hé)人員損傷(shāng),提供了一(yī)種良好(hǎo)的途(tú)徑。目前(qián),在(zài)渭(wèi)河(hé)電(diàn)廠2×300MW工(gōng)程(chéng)，灞橋(qiáo)電廠(chǎng)2×300MW工程(chéng)等項目(mù)的高(gāo)壓廠用(yòng)電(diàn)係(xì)統(tǒng)中(zhōng),電(diàn)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護係(xì)統(tǒng)已(yǐ)得到了應用,至今運行情(qíng)況(kuàng)良(liáng)好。今後(hòu)的(dí)工程(chéng)項(xiàng)目中,電(diàn)弧(hú)光保護(hù)係統(tǒng)在火(huǒ)力發電廠廠(chǎng)用(yòng)電係統中的應用必將更(gēng)加(jiā)廣泛(fàn),隨著(zhuó)應(yīng)用實(shí)例的(dí)不斷增加(jiā),其運行整定也將(jiāng)更加(jiā)*和(hé)成(chéng)熟(shú)。

參考文(wén)獻(xiàn)：

1. 鄒(zōu)瑄(xuān).電(diàn)弧光保護(hù)在(zài)火電(diàn)廠(chǎng)高(gāo)壓廠(chǎng)用電係統中(zhōng)的(dí)應(yīng)用(yòng)．

[2] 安科(kē)瑞(ruì)企業微(wēi)電(diàn)網(wǎng)設(shè)計與(yǔ)應(yīng)用手(shǒu)冊(cè)2022.5（版(bǎn)）.