安(ān)科瑞 陳聰

摘(zhāi)要：根據繼(jì)電保護快速性的要(yào)求，提出(chū)了通(tōng)過(guò)光(guāng)纖(xiān)探頭(tóu)采集(jí)配(pèi)網(wǎng)開(kāi)關櫃故障時產生(shēng)的弧光(guāng)放電，再通過(guò)保護單元來實現(xiàn)快(kuài)速(sù)的切除開(kāi)關櫃內(nèi)部故障這(zhè)一切入點，研究快速切除開(kāi)關櫃(guì)櫃內短(duǎn)路故障的新型(xíng)配(pèi)電弧(hú)光保護裝置，可以保護配網運維人員人身和(hé)開關櫃(guì)及櫃內(nèi)設備(bèi)的(dí)安(ān)全(quán)，當(dāng)現場櫃體中因短路故障產(chǎn)生弧(hú)光時，能(néng)夠做到快速(sù)判斷，切(qiē)斷(duàn)電(diàn)源(yuán)，減少(shǎo)停(tíng)電範圍，提高供電效(xiào)率(shuài)，降低(dī)現場(cháng)調(tiáo)試(shì)及維護工作(zuò)量(liáng)，縮短設(shè)備檢修及恢復(fù)供(gōng)電時(shí)間(jiān)，提(tí)高(gāo)供電(diàn)可(kě)靠性。

關鍵(jiàn)詞：配電；弧光(guāng)保(bǎo)護；裝(zhuāng)置；研究(jiū)

1. 導言

長(cháng)期(qī)以來，人們對中(zhōng)低(dī)壓母綫的(dí)保(bǎo)護(hù)一直(zhí)不(bù)夠重視(shì)，沒有專(zhuān)用(yòng)保(bǎo)護(hù)來快速切(qiē)除配(pèi)電站所內(nèi)部(bù)發生(shēng)的(dí)故障，往往(wǎng)使(shǐ)故(gù)障(zhàng)發展(zhǎn)擴大造成(chéng)開關設(shè)備(bèi)被嚴重燒毀，有(yǒu)的(dí)甚(shèn)至(zhì)發展成“火燒連(lián)營”的事故。同(tóng)時(shí)，變電(diàn)站(zhàn)的變(biàn)壓器(qì)由於(yú)遭受(shòu)外部(bù)短路電流衝擊(jī)造成(chéng)內部損傷的(dí)事(shì)故也逐年(nián)增(zēng)加(jiā)，這些配(pèi)網事故如果處(chǔ)理不當(dāng)易被擴(kuò)大(dà)發展(zhǎn)為輸(shū)電網(wǎng)或變電設備事(shì)故(gù)，造(zào)成重(zhòng)大的經(jīng)濟(jì)損失。究(jiū)其原因大多(duō)是因為配(pèi)電站所沒(méi)有裝設(shè)專(zhuān)用(yòng)的(dí)中(zhōng)低(dī)壓母綫保護，不能(néng)快(kuài)速切(qiē)除(chú)故障造成的。所以，為了保證上級變(biàn)電(diàn)站(zhàn)主變及配網(wǎng)開關櫃(guì)母綫開關設(shè)備的安全(quán)運行(háng)，根據繼(jì)電保護快(kuài)速性的要求(qiú)，迫(pò)切需要研(yán)發(fā)快速(sù)切除(chú)配(pèi)電(diàn)開關櫃(guì)櫃(guì)內故障的(dí)快速(sù)保護技術(shù)。

1. 研究內容(róng)

2.1總體(tǐ)思路

為有效(xiào)減(jiǎn)少(shǎo)電弧(hú)損(sǔn)傷，國(guó)外對(duì)各(gè)種(zhǒng)燃(rán)弧持(chí)續(xù)時(shí)間進行試驗(yàn)並(bìng)得出對(duì)設(shè)備造(zào)成的(dí)損(sǔn)害程(chéng)度，開關櫃(guì)可(kě)以(yǐ)承(chéng)受(shòu)的電弧燃燒時間為(wéi)100ms，電弧(hú)光產生後，其危(wēi)害(hài)程度取決(jué)於電(diàn)弧電流及(jí)切(qiē)除時(shí)間(jiān)，電弧產生的能量(liáng)與I2t成指(zhǐ)數規律快速(sù)上升。由(yóu)於弧光(guāng)故(gù)障在(zài)斷路(lù)器(qì)動作(zuò)前(qián)，故障短路(lù)電(diàn)弧(hú)是(shì)一(yī)直(zhí)在(zài)燃燒(shāo)的(dí)，隻(zhī)有在(zài)短(duǎn)時(shí)間內(nèi)切除故(gù)障(zhàng)才(cái)能使(shǐ)設備不(bù)遭(zāo)受(shòu)損(sǔn)害。若(ruò)總切除(chú)時(shí)間大(dà)於100ms，輕(qīng)則設備局(jú)部(bù)燒損(sǔn)，重則造成開關櫃爆炸以及(jí)人(rén)員傷亡。

目前，國內(nèi)尚無用於(yú)配電開(kāi)關櫃母綫(xiàn)的(dí)專用保護裝置(zhì)，而(ér)用於變電(diàn)站(zhàn)中，低壓(yā)母綫的(dí)保護主要(yào)有三種，一種(zhǒng)為變壓器(qì)後備(bèi)過流保(bǎo)護，典(diǎn)型的(dí)保護動作(zuò)時間1.2s～2.0s；一種為采用(yòng)饋綫(xiàn)過流保護(hù)閉鎖變(biàn)壓(yā)器過流(liú)保(bǎo)護，典(diǎn)型的保護動(dòng)作時(shí)間為300ms～500ms；另(lìng)一種為采用(yòng)環(huán)流原理的高阻抗母(mǔ)綫差動保(bǎo)護(hù)，典(diǎn)型(xíng)的保(bǎo)護(hù)動(dòng)作(zuò)時(shí)間(jiān)為(wéi)30ms～50ms，考慮(lǜ)到斷路器(qì)的分閘(zhá)時間(jiān)，切(qiē)除故障時(shí)間(jiān)大於100ms。均(jūn)不滿足小(xiǎo)於(yú)100ms的工作(zuò)要求(qiú)。

從(cóng)實(shí)際(jì)應用(yòng)情況來(lái)看，現(xiàn)有的(dí)保護方(fāng)案(àn)是(shì)顯(xiǎn)然(rán)不能滿足快速切除母(mǔ)綫故障或保護覆蓋範圍要(yào)求(qiú)的(dí)，變壓器後(hòu)備過流保(bǎo)護動(dòng)作時間過長(cháng)，不能(néng)起到有效的(dí)保(bǎo)護(hù)作(zuò)用，高阻抗母綫差動保(bǎo)護(hù)範圍受(shòu)CT安裝位置(zhì)的限製(zhì)，接綫復(fù)雜，CT要(yào)求高(gāo)，不能保護到發(fā)生故(gù)障幾率較(jiào)高的(dí)電纜(lǎn)室(shì)電纜接頭處的(dí)故障，且總體造價(jià)昂貴(guì)。迫切需要(yào)采用一(yī)種新型(xíng)中(zhōng)壓(yā)母(mǔ)綫(xiàn)保護係(xì)統，以解決(jué)目前(qián)實際(jì)運行中由於中(zhōng)低壓母(mǔ)綫發(fā)生(shēng)故(gù)障幾率(shuài)較高，延遲(chí)切除(chú)故障導(dǎo)致故障(zhàng)發展(zhǎn)，擴大，從而造成的巨大的經(jīng)濟損失的(dí)問題(tí)。

配(pèi)電弧光(guāng)保護(hù)裝(zhuāng)置圓滿的(dí)解(jiě)決了(liǎo)這(zhè)一(yī)問(wèn)題，該裝置(zhì)根(gēn)據檢(jiǎn)測(cè)到的電(diàn)弧光(guāng)信號(hào)，在短(duǎn)時間內（<7ms保(bǎo)護動(dòng)作出口）即可(kě)切除(chú)母綫(xiàn)（及饋綫）故障，可有效(xiào)防止35kV和10kV母綫和(hé)斷(duàn)路器故障(zhàng)引起主變(biàn)壓器(qì)損(sǔn)壞(huài)事故的發生，保(bǎo)障設(shè)備及(jí)人(rén)員(yuán)安全，降(jiàng)低損失(shī)，現(xiàn)已(yǐ)應用(yòng)於電力相關(guān)行(háng)業。

2.2裝(zhuāng)置構成(chéng)

配(pèi)電弧光(guāng)保護(hù)裝置(zhì)是一(yī)種快速可靠的專(zhuān)用(yòng)中(zhōng)低(dī)壓母(mǔ)綫保護裝置(zhì)，它(tā)采(cǎi)用檢測弧光和(hé)過流(liú)雙判據原理(lǐ)，具(jù)有(yǒu)原理簡(jiǎn)單，動作可靠迅速，對變電站(zhàn)一(yī)次設備(bèi)無特(tè)殊(shū)要(yào)求，適應(yīng)於(yú)各(gè)種(zhǒng)運(yùn)行方式(shì)，且在(zài)各(gè)種運行(háng)方(fāng)式下保(bǎo)護(hù)不(bù)需(xū)要(yào)切換等(děng)優點(diǎn)，為(wéi)目前發電(diàn)廠，變電(diàn)站(zhàn)，工(gōng)業及商(shāng)業(yè)配(pèi)電(diàn)係(xì)統380V～35kV中(zhōng)低壓母綫保(bǎo)護理(lǐ)想的(dí)解決方(fāng)案。配(pèi)電(diàn)弧光保護裝(zhuāng)置是在長(cháng)期電氣自動化產品設(shè)計(jì)研發的基(jī)礎(chǔ)上，吸收(shōu)技術理(lǐ)念(niàn)研製(zhì)的(dí)新一(yī)代智能型弧光保(bǎo)護(hù)產品。主要包括弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護(hù)主(zhǔ)單(dān)元，弧光(guāng)采集(jí)單元，饋綫保護(hù)和弧(hú)光(guāng)傳(chuán)感器等(děng)四個單(dān)元(yuán)，分(fēn)別介(jiè)紹如下：2.2.1弧光(guāng)保(bǎo)護主(zhǔ)單(dān)元(yuán)

主單元包含(hán)有(yǒu)電流檢測和斷(duàn)路(lù)器失(shī)靈保(bǎo)護，它通過(guò)檢(jiǎn)測(cè)短(duǎn)路電流和來(lái)自(zì)弧光傳感器(qì)的動作(zuò)信息(xī)，並(bìng)對收集(jí)的(dí)數(shù)據進行(háng)處(chǔ)理(lǐ)，判斷，發出跳閘信(xìn)號(hào)以切除故障。該裝(zhuāng)置隻要在(zài)同(tóng)時檢測(cè)到弧光(guāng)和(hé)過流(liú)時才發(fā)出跳閘指(zhǐ)令(líng)。在(zài)進綫斷(duàn)路器(qì)未能(néng)動(dòng)作(zuò)切(qiē)除(chú)故(gù)障(zhàng)時(shí)，它將(jiāng)啟(qǐ)動(dòng)斷路器失靈(líng)保護(hù)邏輯(jí)，發出跳(tiào)閘指令給(gěi)上遊斷路(lù)器切除(chú)故障(zhàng)。此(cǐ)外，主(zhǔ)單元根據(jù)采(cǎi)集單元(yuán)傳(chuán)送來(lái)的弧光傳感器的(dí)動(dòng)作信息，提(tí)供弧光故障點的(dí)定位(wèi)及(jí)報(bào)警(jǐng)信息。主(zhǔ)單元接入(rù)若(ruò)幹(gān)弧光(guāng)采集(jí)單元，並且可以支持RS485，以太網等多(duō)種(zhǒng)接口(kǒu)方式，支持(chí)Profibus，ModBus，CAN，IEC103，IEC104等多種(zhǒng)通訊(xùn)規約(yuē)。

2.2.2弧(hú)光(guāng)采(cǎi)集(jí)單元

每個采集(jí)單元(yuán)可接(jiē)入(rù)8個弧光傳(chuán)感器。采集單(dān)元(yuán)的地(dì)址通過麵板進行設定(dìng)。當(dāng)係(xì)統(tǒng)發生弧光(guāng)故障(zhàng)時，采(cǎi)集(jí)單(dān)元(yuán)收(shōu)集(jí)來(lái)自弧(hú)光傳(chuán)感器的動作(zuò)信息並(bìng)傳(chuán)送給(gěi)主單元(yuán)，在主(zhǔ)單(dān)元上顯示采(cǎi)集單元和弧光(guāng)傳(chuán)感器的地(dì)址(zhǐ)編號，有(yǒu)利(lì)於(yú)及時(shí)檢修(xiū)和排(pái)除故(gù)障(zhàng)。

2.2.3饋綫采集(jí)單(dān)元(yuán)

該單元作(zuò)為(wéi)饋綫型(xíng)弧光保(bǎo)護(hù)的單(dān)元(yuán)獨立使用，每個單元可提供3個(gè)弧光采集(jí)輸入，采(cǎi)用(yòng)探頭方式(shì)采集(jí)弧(hú)光(guāng)，當饋綫櫃中發生(shēng)弧光時(shí)跳(tiào)開該饋(kuì)綫(xiàn)櫃中(zhōng)的(dí)斷路(lù)器(qì)。

2.2.4弧(hú)光傳(chuán)感器

弧(hú)光傳(chuán)感器安裝(zhuāng)在(zài)開(kāi)關(guān)櫃各(gè)間(jiān)隔(gé)室中(zhōng)，可實現(xiàn)對(duì)由(yóu)簡單到(dào)各種(zhǒng)復(fù)雜接(jiē)綫中，低(dī)壓(yā)開(kāi)關櫃(guì)提(tí)供有選(xuǎn)擇性的保(bǎo)護(hù)。弧(hú)光傳(chuán)感器作為(wéi)光感(gǎn)應元(yuán)件，將(jiāng)檢測在發(fā)生(shēng)弧光故障時突(tū)然增加的(dí)光(guāng)強，並將光信(xìn)號轉換(huàn)成電(diàn)流信號傳送(sòng)給(gěi)采(cǎi)集單(dān)元。

2.3裝(zhuāng)置(zhì)功(gōng)能

配電弧(hú)光保(bǎo)護裝(zhuāng)置(zhì)是一種(zhǒng)快速可靠的專(zhuān)用中低(dī)壓母(mǔ)綫保(bǎo)護裝置，它(tā)采(cǎi)用檢(jiǎn)測弧(hú)光(guāng)和過(guò)流(liú)雙判據原理，具有(yǒu)原理簡單(dān)，動(dòng)作可(kě)靠迅速(sù)，對配電站(zhàn)一(yī)次設(shè)備無特殊(shū)要(yào)求(qiú)，適(shì)應於各種(zhǒng)運(yùn)行(háng)方式(shì)，且(qiě)在(zài)各(gè)種運(yùn)行方式(shì)下保(bǎo)護(hù)不需(xū)要切換(huàn)等(děng)優(yōu)點(diǎn)，為目前電力係統(tǒng)380V～35kV中低(dī)壓(yā)母(mǔ)綫保護(hù)提(tí)供了(liǎo)理想(xiǎng)的解決方(fāng)案(àn)，實現了對配網(wǎng)開(kāi)關設備的(dí)弧光(guāng)故障的(dí)監(jiān)測(cè)與(yǔ)保(bǎo)護(hù)，保證了(liǎo)電(diàn)網(wǎng)的(dí)安(ān)全穩(wěn)定運行；有效(xiào)的(dí)增強了對變壓(yā)器，配電開(kāi)關(guān)櫃等設備(bèi)的防(fáng)護措施，消除了弧光(guāng)產生(shēng)故(gù)障(zhàng)可(kě)能對設備和人(rén)身(shēn)產生(shēng)的安全隱患：

1）全(quán)數字化(huà)設計(jì)，整(zhěng)定(dìng)參(cān)數時無(wú)需撥碼開(kāi)關(guān)及(jí)電(diàn)位(wèi)器(qì)等機械元(yuán)件，精(jīng)度(dù)高(gāo)，無振動(dòng)，磨損等隱患。

2）弧光(guāng)信(xìn)號可在(zài)采集單元之(zhī)間串行傳(chuán)輸(shū)，從而使監測點(diǎn)的數量可(kě)任(rèn)意增(zēng)加(jiā)，且(qiě)大大減少(shǎo)了傳(chuán)輸(shū)光纖(xiān)的成(chéng)本。

3）動(dòng)作判據可設，動作判據可(kě)設置為(wéi)弧光(guāng)加電流或(huò)僅弧(hú)光。

4）弧(hú)光探頭330度(dù)大角(jiǎo)度采(cǎi)集弧光信(xìn)號(hào)，保(bǎo)證動(dòng)作(zuò)的準(zhǔn)確性和可(kě)靠性。

5）定時發送光(guāng)秒(miǎo)脈衝信號(hào)，檢測光纖(xiān)回路是(shì)否(fǒu)有破損(sǔn)及斷(duàn)開等(děng)故(gù)障(zhàng)隱患。

3.應用情況(kuàng)

基於該(gāi)研(yán)究成果(guǒ)，在(zài)石家莊奧北公(gōng)元小區開(kāi)閉所安裝了14套配電弧光(guāng)保護(hù)裝置，目(mù)前該配電(diàn)弧光保(bǎo)護裝置運(yùn)行(háng)穩(wěn)定可(kě)靠。配(pèi)電(diàn)站(zhàn)開關(guān)櫃弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護係統的投(tóu)入使(shǐ)用(yòng)，消除了(liǎo)弧(hú)光(guāng)產生故障(zhàng)可能(néng)對設備(bèi)和人(rén)身產(chǎn)生(shēng)的安全隱(yǐn)患，保護運維(wéi)人(rén)員人身和開關櫃及(jí)櫃內(nèi)設(shè)備的(dí)安全，可實(shí)現(xiàn)快速(sù)切除(chú)開關櫃本(běn)體(tǐ)故(gù)障，能在(zài)開關櫃耐受(shòu)燃(rán)弧時間(jiān)以內切(qiē)除(chú)故(gù)障，從根本上限製故障(zhàng)電(diàn)弧(hú)，將(jiāng)大限度地限(xiàn)製弧光故(gù)障對開關設備的(dí)損壞，並(bìng)降低對配網運維(wéi)人(rén)員的傷(shāng)害。限製(zhì)開(kāi)關(guān)設備(bèi)的(dí)損(sǔn)壞，即(jí)阻斷(duàn)了故(gù)障(zhàng)發展(zhǎn)的(dí)可能(néng)性，從(cóng)而可(kě)避免上級變電站主變(biàn)壓(yā)器長(cháng)時間遭(zāo)受(shòu)短(duǎn)路(lù)電(diàn)流的衝擊而(ér)損(sǔn)壞(huài)。配電弧(hú)光保(bǎo)護裝(zhuāng)置(zhì)有(yǒu)效(xiào)的限(xiàn)製(zhì)了弧光短(duǎn)路故(gù)障(zhàng)損壞開關設備(bèi)及上級(jí)變壓器(qì)，為(wéi)電力企業節省了(liǎo)對(duì)設備(bèi)的(dí)大量(liáng)維護費用，各(gè)方(fāng)麵(miàn)提升生產現場(cháng)的作(zuò)業水平，達(dá)到安(ān)全生產的目的(dí)。

4.安科瑞(ruì) ARB5係列弧光(guāng)保護(hù)的原(yuán)理及係統組(zǔ)成

弧光(guāng)保護裝(zhuāng)置通(tōng)過(guò)弧(hú)光+電流突變量雙重判據或弧(hú)光(guāng)單判(pàn)據(jù)啟動保(bǎo)護，其動作時(shí)間(jiān)為

弧光(guāng)單判(pàn)據動作(zuò)時間≤7ms；

弧光+電流雙判(pàn)據時間≤20ms。

ARB5係(xì)列弧(hú)光保護裝置由ARB5-M主控單元，ARB5-E擴(kuò)展單元，ARB5-S弧光探(tàn)頭(tóu)，弧(hú)光光(guāng)纖(xiān)以(yǐ)及尾纖(xiān)等(děng)配件(jiàn)構(gòu)成(chéng)。

5.結(jié)語

配(pèi)電弧光(guāng)保護裝置(zhì)為中低壓母綫提供(gōng)了一個(gè)理想(xiǎng)的(dí)防(fáng)護解決方案，可以保護(hù)運維(wéi)人員人身和開(kāi)關(guān)櫃(guì)及(jí)櫃(guì)內設備(bèi)的(dí)安全，當現場櫃(guì)體(tǐ)中(zhōng)產生(shēng)弧(hú)光時(shí)，能(néng)夠(gòu)做(zuò)到(dào)快速判斷，切斷電源，減少停電範圍(wéi)，保證(zhèng)了電網(wǎng)的安(ān)全穩定(dìng)運(yùn)行，有(yǒu)效的增強了對(duì)變壓(yā)器，配(pèi)電開(kāi)關櫃(guì)等(děng)設(shè)備的(dí)防護(hù)措施(shī)，提(tí)升(shēng)了安(ān)全生產(chǎn)管(guǎn)理水(shuǐ)平，社(shè)會和經濟效益及(jí)效果**，具備(bèi)良(liáng)好的應用效果和(hé)推(tuī)廣前景(jǐng)。

參考文獻：

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