安(ān)科瑞 陳(chén)聰

摘要
：電弧光保(bǎo)護(hù)係(xì)統(tǒng)能(néng)夠地(dì)減少礦山電網(wǎng)係(xì)統中(zhōng)的安全(quán)隱患。結(jié)合某(mǒu)礦實際(jì)，使用電(diàn)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護(hù)裝置ARB5，該(gāi)裝置采用光纖傳感器作為電(diàn)弧光探(tàn)測單元(yuán)，弧(hú)光(guāng)傳感(gǎn)器與保護裝置間采(cǎi)用(yòng)模(mó)擬(nǐ)光信(xìn)號傳(chuán)輸將光信號轉化為障點，在短(duǎn)時(shí)間內快速(sù)切(qiē)除故障，大(dà)限度縮小弧光(guāng)保護係(xì)統不僅(jǐn)對(duì)高壓(yā)開關櫃起到了(liǎo)保(bǎo)護作用經(jīng)濟(jì)效(xiào)益。

關(guān)鍵(jiàn)詞(cí)
：弧光保護(hù)；光(guāng)纖傳感器(qì)；高(gāo)壓開(kāi)關(guān)櫃(guì)

0 引言(yán)

隨(suí)著國民經濟(jì)的不斷(duàn)發(fā)展，我(wǒ)國煤礦的(dí)機械(xiè)化程度不(bù)斷提(tí)高(gāo)，所(suǒ)需用電量(liáng)也在逐(zhú)年增加(jiā)，中(zhōng)低壓(yā)(35kV及以(yǐ)下(xià)電(diàn)壓(yā)等級)配電(diàn)係統的在礦(kuàng)山生(shēng)產(chǎn)係統中得到了(liǎo)廣泛的應用。配電係(xì)統中的(dí)中(zhōng)，低(dī)開(kāi)關(guān)櫃的數量越來越(yuè)多，中(zhōng)低電壓等(děng)級(jí)的母(mǔ)綫由於所處(chǔ)環境復雜，技(jì)術設備(bèi)故障(zhàng)和人為(wéi)因素等(děng)原因，易(yì)引發(fā)母(mǔ)綫短路，存(cún)在(zài)很大的(dí)安全隱患。由(yóu)於母(mǔ)綫發(fā)生故障(zhàng)時，采(cǎi)用變壓(yā)器的後(hòu)備保(bǎo)護來切(qiē)除母綫上(shàng)的故障，無法在(zài)發生故(gù)障的時(shí)間解(jiě)決，設(shè)備損壞幾率(shuài)增加，嚴重(zhòng)時導致燒(shāo)毀。據報道(dào)，我國供(gōng)電(diàn)係統中(zhōng)開(kāi)關(guān)櫃每年有200多麵被(bèi)燒(shāo)毀(huǐ)，而開(kāi)關櫃短路(lù)事故更(gēng)是經(jīng)常(cháng)發生，有時甚至造(zào)成(chéng)更(gēng)大的(dí)電網(wǎng)事(shì)故，直接(jiē)造(zào)成礦(kuàng)山機械設備的損失(shī)和(hé)經濟(jì)損(sǔn)失。因此(cǐ)，在應(yīng)用供電係統(tǒng)時，如(rú)何在保證(zhèng)礦山(shān)生產效(xiào)率的同時保(bǎo)證礦(kuàng)山設備(bèi)及(jí)人員(yuán)保(bǎo)護，是(shì)我(wǒ)們研究和攻(gōng)克(kè)的難(nán)題(tí)。

1弧光(guāng)的(dí)參數(shù)及危害(hài)

1.1弧光(guāng)參(cān)數(shù)

1)空(kōng)氣弧光產生時的大的(dí)瞬時(shí)功率較(jiào)大，可達40MW；

2)內部(bù)溫度較(jiào)高，可升(shēng)至(zhì)10000。C以(yǐ)上(shàng)；

3)中壓範(fàn)圍內弧(hú)光(guāng)產生(shēng)時和(hé)結(jié)束時的溫(wēn)度(dù)可(kě)達4500。C
：

4)弧(hú)光的大電壓可(kě)達500V～1000V；

5)弧光(guāng)的(dí)光強超過正(zhèng)常的(dí)照(zhào)明(míng)光(guāng)強2000倍。

1.2弧光(guāng)的(dí)危害

弧光(guāng)在毫秒(miǎo)時間級別發生(shēng)消失(shī)，釋放的卻很(hěn)驚人，對(duì)礦(kuàng)山機械設備(bèi)和人身(shēn)安全都有巨大的(dí)破壞性(xìng)]。

1)電(diàn)弧(hú)溫度驚人，可達(dá)10000℃，超過(guò)一定溫度(dù)損(sǔn)害電(diàn)網(wǎng)；

2)電(diàn)弧(hú)引起火災，燒毀電纜(lǎn)；

3)穩(wěn)定(dìng)過高導致開關櫃內(nèi)開關裝(zhuāng)置爆炸，使(shǐ)其(qí)失效i

4)容易(yì)造(zào)成人(rén)員(yuán)傷害(hài)，對人員臉(liǎn)部(bù)和(hé)皮膚形成性傷(shāng)害；

5)爆炸(zhà)時產(chǎn)生的氣體，技術(shù)人(rén)員吸入(rù)會損(sǔn)傷(shāng)其(qí)呼吸(xī)係統。

2弧光保護技(jì)術的(dí)現狀(zhuàng)和措施

1995年，中國引(yǐn)進(jìn)了套弧光(guāng)保(bǎo)護裝置(zhì)。近年來，人們注(zhù)意(yì)到切除(chú)母綫時產生的過流(liú)保護動(dòng)作時間過長的問(wèn)題(tí)，分(fēn)析(xī)了(liǎo)電(diàn)弧故(gù)障時(shí)產生的聲，光，熱(rè)和電磁等效應。采用理(lǐ)論(lùn)與(yǔ)實際相結(jié)合的方(fāng)法(fǎ)，分析電(diàn)弧(hú)效(xiào)應(yīng)，開發研(yán)製出各種用(yòng)來檢測(cè)電弧的保護裝(zhuāng)置(zhì)，並(bìng)在(zài)礦山(shān)中得(dé)到(dào)了加速應用。如(rú)此，既對礦山人員起到(dào)了安全保護作(zuò)用(yòng)，也使得礦山(shān)的生產效率(shuài)得到進一步提高(gāo)。例如
：有的(dí)利用電弧(hú)的熱效(xiào)應，研製(zhì)出能通(tōng)過感(gǎn)應電(diàn)弧(hú)的熱量而(ér)產生動作的采閥(fá)式電弧保(bǎo)護繼(jì)電器；有(yǒu)的(dí)利(lì)用電弧(hú)的(dí)電磁效應(yīng)，通(tōng)過(guò)電弧接地保(bǎo)護裝置及時切斷發生故障(zhàng)的開關裝置，以便及時的維修(xiū)；有(yǒu)的檢測故障裝(zhuāng)置(zhì)中的(dí)臭氧(yǎng)濃度，保(bǎo)護報(bào)警裝置(zhì)以(yǐ)便工(gōng)作人(rén)員能在時(shí)間保證人(rén)員的安(ān)全(quán)，不至(zhì)於給礦(kuàng)山企(qǐ)業(yè)帶(dài)來巨大(dà)的(dí)人員(yuán)和經濟(jì)損(sǔn)失。隨著科技的發展(zhǎn)，利用電弧的多種效應(yīng)開發(fā)更具性(xìng)和準確性的新(xīn)型(xíng)電(diàn)弧保(bǎo)護裝置已成(chéng)主(zhǔ)流。

現(xiàn)在，功(gōng)能型感器和(hé)非(fēi)功能型(xíng)傳感器等(děng)新(xīn)型傳(chuán)感(gǎn)器在礦山(shān)供(gōng)電係統中應用廣(guǎng)，這(zhè)種(zhǒng)新型傳(chuán)感器(qì)不(bù)僅靈(líng)敏度和(hé)度(dù)較高，而(ér)且(qiě)絕(jué)緣(yuán)性能較(jiào)好(hǎo)，具(jù)有抗電磁(cí)幹(gān)擾。這兩(liǎng)者(zhě)主要以(yǐ)其中的光(guāng)纖(xiān)所起的作用(yòng)不(bù)同區(qū)分開來。前(qián)者的光(guāng)纖對被測(cè)信號具有傳(chuán)輸(shū)和的(dí)作(zuò)用；後(hòu)者(zhě)僅起傳輸的(dí)作用。光纖傳感器在電(diàn)力係統的電(diàn)弧光保(bǎo)護中起(qǐ)到(dào)了重要的(dí)作(zuò)用(yòng)，它(tā)在強電磁幹(gān)擾(rǎo)和高電壓的環境裏(lǐ)，能顯示(shì)出(chū)能(néng)力。

電(diàn)弧故障(zhàng)的(dí)危(wēi)害(hài)程(chéng)度(dù)取決(jué)於電弧電流(liú)及切(qiē)除(chú)時(shí)間，電弧產生(shēng)的成指(zhǐ)數規律快速(sù)上升(shēng)。發生故(gù)障時，技術(shù)人(rén)員在(zài)85ms內切(qiē)除故(gù)障(zhàng)部分，才(cái)能(néng)保(bǎo)證相關(guān)設(shè)備免遭遇(yù)難(nán)，避免(miǎn)不(bù)必要的(dí)損(sǔn)失(shī)，一旦時(shí)間(jiān)超過(guò)100ms，相關設(shè)備(bèi)則(zé)會遭到損害，嚴重(zhòng)時(shí)會(huì)對(duì)礦(kuàng)山企(qǐ)業(yè)造成(chéng)不可挽回的損失(shī)。

目(mù)前常(cháng)用保護裝置(zhì)
：

1)變(biàn)壓(yā)器(qì)後(hòu)備(bèi)過流(liú)保護(hù)，但此方案的問題是快速性(xìng)不過，不(bù)能達(dá)到開關(guān)櫃內部(bù)電(diàn)弧故障的(dí)保(bǎo)護(hù)。

2)簡易母(mǔ)綫保(bǎo)護方(fāng)案，采用(yòng)傳統方法識別故(gù)障(zhàng)，此方案(àn)目(mù)前(qián)應用為廣(guǎng)泛(fàn)。

3)電(diàn)弧光母綫(xiàn)保護方(fāng)案，利(lì)用(yòng)電(diàn)弧的相關特(tè)性(xìng)作(zuò)為(wéi)判(pàn)別(bié)依據，可(kě)快(kuài)速(sù)切除(chú)內部(bù)故障。

4)其他母綫(xiàn)保護方案(àn)。就投入(rù)成本及(jí)實施效果綜(zōng)合(hé)對比(bǐ)，電弧(hú)光保護(hù)方案優勢明顯，其(qí)使用(yòng)比例(lì)在礦山配(pèi)電係統(tǒng)中(zhōng)。

3研(yán)究內(nèi)容

電弧(hú)光保護主要動作(zuò)依據兩(liǎng)個(gè)不同因(yīn)素
：孤光及電流增量(liáng)。通過(guò)研(yán)究傳統過流(liú)型保護，弧光非電(diàn)量型保護和(hé)級(jí)差(chà)的(dí)配合，為弧(hú)光保護裝(zhuāng)置的(dí)研究發現(xiàn)新的切入(rù)點，進(jìn)而研究(jiū)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護裝置(zhì)。

其(qí)一(yī)，傳(chuán)統(tǒng)過(guò)流型(xíng)保(bǎo)護和級(jí)差(chà)配合。以阻抗(kàng)接地係(xì)統(tǒng)分析即接地跳(tiào)閘時(shí)間很短(duǎn)分(fēn)析
：采(cǎi)樣15ms～30ms；接(jiē)點(diǎn)閉(bì)合5ms；整定(dìng)延(yán)時(shí)30ms~350ms；斷路器分閘50ms～80ms；整體故障(zhàng)切(qiē)除時(shí)間
：出(chū)綫130ms+AR，進(jìn)綫450ms，見(jiàn)圖1。其(qí)二，弧光非電量型保護(hù)和級差(chà)配(pèi)合(hé)。以(yǐ)阻抗接地係(xì)統(tǒng)分析，弧光信息(xī)1ms；過流判據(jù)Ims；接(jiē)點閉(bì)合5ms；斷(duàn)路(lù)器分(fēn)閘(zhá)50ITIS～80ms；整體故(gù)障切除(chú)時(shí)間
：出(chū)綫(xiàn)87ms，進綫87ms，見(jiàn)圖2。本(běn)文研究內容為
：

1)分析(xī)電弧對礦(kuàng)山造(zào)成(chéng)的危(wēi)害，研究電弧保(bǎo)護(hù)裝置(zhì)的(dí)動(dòng)作(zuò)原理(lǐ)。

2)根(gēn)據不(bù)同(tóng)礦(kuàng)山的實際生產狀(zhuàng)況研(yán)究(jiū)母(mǔ)綫故障(zhàng)變(biàn)化情(qíng)況，研(yán)究開(kāi)發(fā)符(fú)合當(dāng)地(dì)礦山(shān)實際生產狀況的電弧保(bǎo)護(hù)裝置(zhì)。

3)在(zài)故障(zhàng)狀(zhuàng)況(kuàng)下(xià)，分析各(gè)種電弧保護裝置的度和定位(wèi)程(chéng)度(dù)。

4)分析(xī)電(diàn)弧保(bǎo)護(hù)裝置的優(yōu)缺(quē)點(diǎn)並(bìng)具(jù)體分析該裝置(zhì)對礦(kuàng)山(shān)配(pèi)電(diàn)係統所產(chǎn)生(shēng)的安全(quán)隱(yǐn)患。

通過研究某(mǒu)礦的(dí)配電係(xì)統，得出了(liǎo)一(yī)套(tào)適(shì)合該礦山(shān)實際(jì)生產(chǎn)的(dí)電(diàn)弧(hú)光(guāng)保護裝(zhuāng)置(zhì)的技(jì)術設施(shī)方案(àn)，既(jì)能保證(zhèng)弧(hú)光保護裝(zhuāng)置(zhì)的(dí)利(lì)用(yòng)大(dà)化，也(yě)能把(bǎ)對(duì)煤礦供電係統的衝擊(jī)破壞程度降(jiàng)到低，從而(ér)避(bì)免(miǎn)安(ān)全隱(yǐn)患(huàn)，加強對維(wéi)修人(rén)員的(dí)培訓(xùn)，防止(zhǐ)人為操(cāo)作錯誤帶來不必(bì)要的(dí)損失，並(bìng)為今(jīn)後(hòu)電弧保護裝置新(xīn)的開發提(tí)供(gōng)可(kě)靠依(yī)據。

4實施(shī)方(fāng)案

1)針對(duì)某(mǒu)礦實際(jì)生產狀(zhuàng)況，采用(yòng)ARB5電(diàn)弧(hú)光保護裝置就地安裝(zhuāng)6kV進(jìn)綫櫃，該裝(zhuāng)置(zhì)滿足數字化廠(chǎng)站需(xū)要，適應智(zhì)能電網未(wèi)來(lái)發展(zhǎn)趨勢(shì)。

2)ARB5弧(hú)光傳(chuán)感(gǎn)器(qì)安(ān)裝在(zài)開關櫃(guì)內，監(jiān)測各(gè)開關裝(zhuāng)置(zhì)的(dí)運行，若有(yǒu)開關出現(xiàn)異常(cháng)狀況，立(lì)刻實施保護(hù)措(cuò)施。

3)采用以(yǐ)太(tài)網(wǎng)或串口103送(sòng)後台(tái)監控係統(tǒng)。

4)具(jù)有友好的(dí)人機接(jiē)口(kǒu)，調(tiáo)試維(wéi)護(hù)方便(biàn)。

某煤礦使(shǐ)用(yòng)的電弧(hú)光保(bǎo)護(hù)裝置(zhì)為(wéi)變電(diàn)站，電廠，工(gōng)業企業用戶(hù)等場合的中(zhōng)，低(dī)壓(yā)母綫提(tí)供(gōng)快(kuài)速保護。當發(fā)生(shēng)弧(hú)光短路時(shí)，被(bèi)弧(hú)光傳感器覆蓋區域的(dí)弧光(guāng)短路(lù)可被快(kuài)速定位(wèi)，電(diàn)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護係(xì)統(tǒng)快速(sù)動作，切斷(duàn)故障電流(liú)，大(dà)限度降低電弧光對(duì)設備的(dí)損(sǔn)害(hài)以及(jí)人員傷(shāng)害。電弧(hú)光(guāng)保護(hù)裝置通過不同插(chā)件的組合，結合(hé)實際(jì)應用場(cháng)所的供(gōng)電係統(tǒng)，組建成符(fú)合(hé)實(shí)際(jì)需要的保(bǎo)護(hù)係統(tǒng)。電弧光(guāng)保護裝(zhuāng)置(zhì)也(yě)可(kě)實現(xiàn)對(duì)電流(liú)信號(hào)的采集(jí)，進而(ér)完成對電弧光，短(duǎn)路器的保(bǎo)護(hù)，CT斷(duàn)綫，傳感器(qì)異常，裝置硬板故障等的(dí)報(bào)警，測控(kòng)以及信息(xī)保護功(gōng)能。在(zài)發生(shēng)故(gù)障(zhàng)時，能夠定(dìng)位故障點，跳閘出口提供跳(tiào)閘(zhá)矩陣整(zhěng)定(dìng)，跳(tiào)開相關斷路(lù)器(qì)，實(shí)現分(fēn)區域保護，大(dà)限(xiàn)度(dù)縮小事故(gù)停電範(fàn)圍(wéi)。具(jù)有強(qiáng)電(diàn)磁(cí)兼容性，調試(shì)維(wéi)護方便，具有友好的人(rén)機接(jiē)口，方便的(dí)現(xiàn)場安(ān)裝測(cè)試功能(néng)。

5配(pèi)置(zhì)方(fāng)案

電弧光(guāng)保護裝置配置方案如表(biǎo)1所(suǒ)示。

6安科瑞(ruì)ARB5-M弧光保護產品(pǐn)選型說(shuō)明(míng)

ARB5-弧(hú)光(guāng)主(zhǔ)控單元(yuán)

（1）＊表示可(kě)選(xuǎn)附件(jiàn)，需(xū)要(yào)另外(wài)增(zēng)加費用1500元。

（2）主(zhǔ)控板和(hé)采集板數量(liáng)之(zhī)和不能大於4。

（3）弧(hú)光(guāng)探頭(tóu)到采集(jí)板的(dí)長(cháng)度不能超過(guò)20米。

（4）如有特(tè)殊(shū)要求(qiú)，請特別注明。

7安(ān)科瑞(ruì)ARB5-M弧光(guāng)保(bǎo)護產品(pǐn)功能和(hé)技(jì)術參數(shù)

8安科瑞ARB5-M弧光保(bǎo)護產品(pǐn)現(xiàn)場(cháng)安(ān)裝(zhuāng)

弧光(guāng)保(bǎo)護(hù)主控單元，探(tàn)頭安裝(zhuāng)圖(tú)如下(xià)。

9結語

1)電弧光保護係統的(dí)減少(shǎo)了(liǎo)礦山(shān)電(diàn)網係統中(zhōng)的(dí)安全隱(yǐn)患(huàn)，降低了(liǎo)因短路故障造成(chéng)的設備損害(hài)和人員(yuán)傷害，提高(gāo)了礦(kuàng)山(shān)企(qǐ)業(yè)的(dí)經(jīng)濟效益(yì)。

2)能夠(gòu)快速定位(wèi)短路故障(zhàng)點，在短時間內快(kuài)速(sù)切除故(gù)障(zhàng)，大(dà)限(xiàn)度(dù)縮小礦山(shān)停電範(fàn)圍，保證供電係(xì)統(tǒng)的穩定(dìng)可(kě)靠運行(háng)，使礦山(shān)生(shēng)產(chǎn)能(néng)夠(gòu)正常(cháng)有(yǒu)序進行。

3)目(mù)前某礦存在大(dà)批設備老化現(xiàn)象，礦山開(kāi)關櫃也不例外，由於近(jìn)些(xiē)年礦(kuàng)山趨勢的(dí)低穀(gǔ)，使得資金(jīn)以及(jí)技術更(gēng)新(xīn)都得不到支(zhī)持，這(zhè)種(zhǒng)背景(jǐng)下(xià)，如果低(dī)價的(dí)國產電弧光(guāng)保護裝置能(néng)夠及(jí)時(shí)開(kāi)發(fā)，既可保證(zhèng)礦山(shān)設備以(yǐ)及(jí)人員(yuán)的(dí)安全(quán)性，又能(néng)夠合理控(kòng)製礦山(shān)預(yù)算成本，在(zài)保證安(ān)全的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)具有高的(dí)經濟和社會(huì)效益(yì)。

參考(kǎo)文獻
：

[1]王玉晴(qíng).煤(méi)礦高壓(yā)開關櫃(guì)中電弧光(guāng)保護裝(zhuāng)置的(dí)研(yán)究(jiū)．

[2]魯普(pǔ)天(tiān).智能變電站(zhàn)繼電保(bǎo)護(hù)裝置自動測(cè)試(shì)係統設計與實(shí)現研究(jiū)[J]．通(tōng)訊(xùn)世界(jiè)，2017(10)
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[3]安(ān)科瑞(ruì)企業(yè)微電網設計(jì)與(yǔ)應用手冊(cè)2022.5（版）.