安科瑞(ruì) 陳聰(cōng)

摘要：中(zhōng)低壓係統一直(zhí)未(wèi)裝(zhuāng)設母綫保護，但運行(háng)情況(kuàng)表(biǎo)明(míng)，中(zhōng)低(dī)壓母(mǔ)綫故障會(huì)嚴重(zhòng)影響到變(biàn)壓(yā)器(qì)及(jí)母綫(xiàn)開關(guān)設備(bèi)的安全(quán)運行
。因(yīn)此，中低(dī)壓母綫(xiàn)保護(hù)需(xū)要(yào)得到足夠的重(zhòng)視(shì)，找到一種快速(sù)的(dí)保護裝(zhuāng)置是(shì)當前一項迫切(qiē)的(dí)任務(wù)
。電(diàn)弧光(guāng)保護(hù)係統就是(shì)在這種情況(kuàng)下應(yīng)運而(ér)生(shēng)，該裝置(zhì)已在電(diàn)力(lì)係(xì)統(tǒng)中(zhōng)得到(dào)了(liǎo)的應用(yòng)
。

關鍵(jiàn)詞：中(zhōng)低壓(yā)母綫;電(diàn)弧(hú)光保護(hù);中低壓(yā)母(mǔ)綫

0引(yǐn)言(yán)

在電力係(xì)統(tǒng)中，35kV及以下電壓(yā)等級的(dí)母(mǔ)綫由於沒有穩定(dìng)問題，一般(bān)未裝設母綫保(bǎo)護(hù)
。然而(ér)，由於(yú)中低(dī)壓母(mǔ)綫上的(dí)出綫多，操(cāo)作頻繁，三相導(dǎo)體(tǐ)綫間距(jù)離(lí)與大地的距(jù)離(lí)比較近(jìn)，容(róng)易受小動(dòng)物危害(hài)，設備製造質(zhì)量比高(gāo)壓設(shè)備(bèi)差，設(shè)備絕緣(yuán)老(lǎo)化和機械(xiè)磨(mó)損，運行條件惡劣，係統運行條(tiáo)件改變，人為和(hé)操(cāo)作錯誤等(děng)原因，中(zhōng)低壓母綫的故障(zhàng)幾率(shuài)比高壓，壓(yā)母綫高得(dé)多(duō)
。但長期(qī)以(yǐ)來(lái)，人們(mén)對中低(dī)壓母(mǔ)綫的保(bǎo)護一直不(bù)夠重(zhòng)視，大多(duō)采(cǎi)用帶有(yǒu)較(jiào)大(dà)延(yán)時的(dí)後(hòu)備保(bǎo)護來(lái)切(qiē)除母綫上的故(gù)障(zhàng)，往(wǎng)往使(shǐ)故障發(fā)展(zhǎn)，擴大(dà)，從(cóng)而(ér)造(zào)成巨(jù)大的經(jīng)濟損失
。

近年(nián)來，由於各種原(yuán)因開(kāi)關(guān)設備被(bèi)嚴重燒毀，並(bìng)導致相(xiāng)關(guān)設備(bèi)一(yī)並(bìng)損壞的事(shì)故時(shí)有發生
。而(ér)主變(biàn)壓(yā)器(qì)由於(yú)遭受(shòu)外(wài)部短路電流(liú)衝(chōng)擊損壞(huài)的(dí)事(shì)故(gù)也(yě)逐(zhú)年(nián)增(zēng)加(jiā)，這些配網事故處(chǔ)理不當會被擴大發展(zhǎn)為輸電網事(shì)故，造成(chéng)重大的經濟(jì)損(sǔn)失，已引起電力(lì)部門的(dí)廣泛關注
。究(jiū)其(qí)原(yuán)因(yīn)大多是因為沒有(yǒu)裝設中低壓母綫(xiàn)保護(hù)，未(wèi)能快(kuài)速(sù)切除故障造(zào)成(chéng)的
。所(suǒ)以(yǐ)，為(wéi)了保證(zhèng)變壓(yā)器(qì)及(jí)母(mǔ)綫(xiàn) 開(kāi)關設(shè)備的安全(quán)運(yùn)行，根(gēn)據(jù)繼電(diàn)保護快(kuài)速性(xìng)的(dí)要求，迫切(qiē)需要配置專用中低壓母綫(xiàn)保(bǎo)護
。

1開(kāi)關(guān)櫃電弧(hú)耐受時間(jiān)

IEC298標(biāo)準規(guī)定(dìng)，開關(guān)櫃(guì)可以承受的電弧(hú)燃(rán)燒(shāo)時間為100ms
。從(cóng)保護開關櫃方(fāng)麵(miàn)考(kǎo)慮，保護(hù)動作應在(zài)小於100ms 的(dí)時間內(nèi)切(qiē)除(chú)故(gù)障，以防(fáng)止弧光(guāng)短路(lù)故障 進一(yī)步發(fā)展(zhǎn)擴大(dà)造(zào)成更(gēng)大的危(wēi)害(hài)
。表1為各(gè)種電弧(hú)燃燒(shāo)時間(jiān)下(xià)進行試(shì)驗(yàn)得(dé)出的結(jié)論
。

表(biǎo)1各電弧燃(rán)燒時間下(xià)設備(bèi)的(dí)損壞情況

2弧光(guāng)短路故(gù)障(zhàng)的(dí)防(fáng)護(hù)措施

2.1防護(hù)措施
。

采用這種(zhǒng)措施的(dí)目的是限製故(gù)障電(diàn)弧產生的(dí)各(gè)種(zhǒng)效應(yīng)，如加(jiā)強開關櫃(guì)的結構，密封隔離(lí)各(gè)單元室(shì)，設置釋放(fàng)板和(hé)泄壓通(tōng)道(dào)等
。采用這(zhè)種措施在(zài)一(yī)定程度(dù)上能(néng)減少損壞程度(dù)
；另一方(fāng)麵，如(rú)果要(yào)采(cǎi)用通過(guò)加強(qiáng)結構的(dí)方(fāng)式來較大(dà)地(dì)提高開關(guān)櫃的(dí)燃弧(hú)耐受(shòu)時(shí)間的(dí)話(huà)，則(zé)需要(yào)增加(jiā)很(hěn)大(dà)的設備(bèi)費用(yòng)
。表2為(wéi)國(guó)外(wài)對(duì)增(zēng)加開(kāi)關(guān)櫃(guì)內部(bù)燃弧耐受(shòu)時(shí)間和(hé)相(xiāng)應(yīng)增加(jiā)成本進行評(píng)估的結果
。

表(biǎo)2電(diàn)弧耐受時間(jiān)和增(zēng)加成(chéng)本(běn)的評估

2.2防護措施
。

采用高(gāo)速(sù)專(zhuān)用中壓母綫保(bǎo)護(hù)切除(chú)故(gù)障以(yǐ)限製故障電弧的持(chí)續時(shí)間(jiān)，從根本上(shàng)限(xiàn)製故障電(diàn)弧(hú)，其各(gè)種效應(yīng)對設(shè)備和人(rén)員(yuán)的(dí)危害(hài)
。如(rú)果(guǒ)中低壓母(mǔ)綫(xiàn)保護能在(zài)開(kāi)關(guān)櫃耐受燃弧時間(jiān)以(yǐ)內切(qiē)除(chú)故障的(dí)話(huà)，將地限製弧光(guāng)故障對開關(guān)設備的損(sǔn)壞
；從另一(yī)方麵看，限(xiàn)製開(kāi)關設備的損壞(huài)，即(jí)阻斷了(liǎo)故障發展的(dí)可能性，從而(ér)可避免主(zhǔ)變壓器長(cháng)時(shí)間遭受短路(lù)電流的衝擊(jī)而損(sǔn)壞(huài)
。這也是(shì)目前(qián)迫(pò)切需(xū)要的限製(zhì)因(yīn)弧光短(duǎn)路(lù)故障(zhàng)損壞開關(guān)設備及變壓器(qì)的防(fáng)護(hù)措施(shī)
。

3現(xiàn)有(yǒu)的(dí)中(zhōng)壓(yā)母(mǔ)綫保(bǎo)護

目前普遍(biàn)采(cǎi)用的(dí)中壓母綫保(bǎo)護(hù)方案(àn)包(bāo)括(kuò)：變壓(yā)器後備過(guò)流(liú)保護方案，饋綫過流保護閉鎖(suǒ)變壓(yā)器過流保護方案，采(cǎi)用(yòng)環流(liú)原(yuán)理的高阻(zǔ)抗母綫(xiàn)保(bǎo)護方(fāng)案
。

3.1變壓器後備(bèi)過流保護方案(àn)
。

這是目前國內應用(yòng)廣泛(fàn)的中壓(yā)母綫保護方(fāng)案(àn)
。由於考慮(lǜ)到與(yǔ)饋綫和母(mǔ)綫分段開(kāi)關的配(pèi)合，保護跳閘(zhá)時間(jiān)一(yī)般(bān)整定為1.0~1.4s,有(yǒu)的(dí)甚至更長(cháng)，達2.0s以(yǐ)上
。這一(yī)動作(zuò)速度遠(yuǎn)遠不能滿足快速(sù)切除(chú)中壓(yā)母綫故障的要(yào)求(qiú)
。

3.2饋(kuì)綫(xiàn)過流保(bǎo)護閉鎖(suǒ)變(biàn)壓(yā)器(qì)過流保護方案
。

近(jìn)年來，微機過流保護在中壓饋綫廣泛(fàn)應用，國外提(tí)出利用饋綫過流(liú)元件(jiàn)閉鎖(suǒ)變壓(yā)器過(guò)流(liú)保(bǎo)護的方案，該方案(àn)與(yǔ)變(biàn)壓器(qì)後備(bèi)過流保(bǎo)護方(fāng)案相(xiāng)比其動作速度有了一(yī)定(dìng)的(dí)提高，典型(xíng)動作(zuò)時間(jiān)為300~400ms
。但(dàn)對於要(yào)求(qiú)100ms 以內切除故障仍(réng)不能(néng)滿足(zú)要求
。

3.3采用(yòng)環流原理的高阻抗(kàng)母綫保護(hù)方案
。

國外(wài)某些(xiē)重(zhòng)要(yào)工程曾采(cǎi)用專(zhuān)用中(zhōng)壓(yā)母綫保(bǎo)護方案(àn)，保(bǎo)護(hù)動作(zuò)時間(jiān)一般為35~60ms
。這種(zhǒng)方案接(jiē)綫復(fù)雜(zá)，對(duì)TA的(dí)要求(qiú)高(gāo)，安裝在6/35kV母(mǔ)綫上有(yǒu)很(hěn)多困難，也(yě)很不經(jīng)濟
。此外，由於其保(bǎo)護範圍(wéi)受(shòu)到(dào)TA 安(ān)裝(zhuāng)位置的限(xiàn)製，不能(néng)避免(miǎn)發生故障幾(jī)率較高(gāo)的電纜接(jiē)頭(tóu)處(chǔ)的(dí)故(gù)障，並(bìng)且(qiě)也不(bù)能(néng)提供故障定位
。因此也不(bù)適(shì)合中(zhōng)壓母(mǔ)綫保護應用
。

從(cóng)實際應用(yòng)情(qíng)況(kuàng)來看，現有(yǒu)的保護(hù)方(fāng)案(àn)是(shì)顯然(rán)不(bù) 能滿(mǎn)足(zú)快(kuài)速(sù)切(qiē)除母(mǔ)綫(xiàn)故(gù)障的(dí)要求(qiú)
。因(yīn)此，迫(pò)切需要采用一種新(xīn)型(xíng)中低(dī)壓母綫保護係統，以解(jiě)決(jué)目前運(yùn)行(háng)中由(yóu)於(yú)中低壓母綫發生(shēng)故障幾率較(jiào)高(gāo)，延(yán)遲切(qiē)除(chú)故(gù)障(zhàng)導(dǎo)致故障(zhàng)發展(zhǎn)，擴大(dà)，從而造成巨大經濟(jì)損(sǔn)失的問(wèn)題(tí)
。

4新(xīn)型電弧光保護(hù)係統構成

新(xīn)型電(diàn)弧(hú)光保護(hù)係(xì)統由(yóu)以(yǐ)下幾個部(bù)分構成：主控單元，電(diàn)流單(dān)元(yuán)，弧(hú)光單元(yuán)，弧光傳感器(qì)(探頭)，數據(jù)綫(xiàn)和(hé)光纖
。係統(tǒng)的基本原(yuán)理是：通過測量開關櫃中的(dí)弧光，弧光傳感器可(kě)以(yǐ)連(lián)接(jiē)到主控單元或(huò)者弧(hú)光(guāng)單(dān)元(yuán)，電流(liú)單元(yuán)則用(yòng)於(yú)傳輸(shū)電流信(xìn)號
。在(zài)弧光(guāng)傳感(gǎn)器檢測到弧光信號的同時，若電流單元檢(jiǎn)測(cè)到(dào)了過(guò)流信號(hào)，則(zé)被判為產生了電弧光(guāng)故(gù)障
。一(yī)旦檢測到(dào)電(diàn)弧(hú)光(guāng)故障(zhàng)，保護(hù)係統(tǒng)會在1ms內(nèi)發(fā)出跳閘(zhá)指令，達到保護(hù)的目(mù)的
。

4.1主(zhǔ)控單(dān)元
。

主控單元(yuán)是電弧光保(bǎo)護(hù)係統的核(hé)心(xīn)部(bù)件(jiàn)，作(zuò)用是(shì)管理(lǐ)，控(kòng)製整個係統
。主控單元有(yǒu)4個數(shù)據傳輸接(jiē)口，每個接口(kǒu)可(kě)連(lián)接6個弧(hú)光或(huò)電流(liú)單元
；輸(shū)出(chū)接口包括4路快速跳(tiào)閘輸出和6路(lù)常規繼(jì)電(diàn)器跳閘(zhá)輸出(chū)
；20個弧光檢測光纖(xiān)接口(kǒu)，用(yòng)於(yú)連(lián)接弧光傳感器(qì)
。通過主控單元中(zhōng)的現(xiàn)實，可以(yǐ)準(zhǔn)確(què)判(pàn)斷(duàn)電弧光(guāng)產生的位(wèi)置(zhì)
。

一個(gè)主(zhǔ)控(kòng)單元能(néng)同(tóng)時保護幾(jī)個獨(dú)立(lì)的(dí)開關(guān)櫃，因此，電(diàn)弧(hú)光(guāng)保護係(xì)統的弧光(guāng)單元和電(diàn)流單元(yuán)可(kě)以分散到(dào)不同的開關櫃內，把檢測到的弧(hú)光或電(diàn)流信(xìn)號傳(chuán)送(sòng)到主控單元，主控(kòng)單元(yuán)收集到(dào)這些必(bì)要的數據，根據實際(jì)情況輸(shū)出(chū)跳(tiào)閘(zhá)信號到斷路(lù)器
。

4.2弧光單元
。

弧光(guāng)單(dān)元(yuán)用於檢(jiǎn)測(cè)弧光(guāng)，具(jù)有10個弧光(guāng)檢(jiǎn)測光(guāng)纖接口(kǒu)，用(yòng)於(yú)連接弧光傳感(gǎn)器
。弧光(guāng)單元麵板上的(dí)電位計(jì)用來調整感光的(dí)強(qiáng)度，校(xiào)準(zhǔn)好後，把信(xìn)息傳遞到(dào)下一個(gè)電(diàn)流或(huò)弧光單(dān)元，或者傳(chuán)到(dào)主控單(dān)元
。通(tōng)過弧光(guāng)單元，保護係(xì)統(tǒng)始終能準確地(dì)識(shí)別超過(guò)整(zhěng)定(dìng)的(dí)光感定值的(dí)弧光傳(chuán)感(gǎn)器所(suǒ)在地
。

4.3電(diàn)流單元
。

傳送至主(zhǔ)控(kòng)單元
。電(diàn)流單(dān)元(yuán)可匹配1A ，2A ，5A的(dí)電(diàn)流(liú)互感器(qì)，電(diàn)流的整(zhěng)定(dìng)可(kě)以從麵(miàn)板(bǎn)上的(dí)電(diàn)位(wèi)計來調節
。電流單元(yuán)檢(jiǎn)測到的電流數據通過光(guāng)纖(xiān)或數據綫(xiàn)傳(chuán)送到(dào)主控單元，主(zhǔ)控單元(yuán)依據設定的(dí)邏輯(jí)判(pàn)據(jù)決定是否輸出跳(tiào)閘(zhá)信(xìn)號
。

4.4弧(hú)光傳(chuán)感器(qì)
。

弧(hú)光傳感器安(ān)裝在(zài)開關櫃內(nèi)，是(shì)探(tàn)測(cè)弧(hú)光的(dí)光(guāng)感(gǎn)應元(yuán)件
。發生(shēng)電弧光(guāng)故障(zhàng)時，光的強度會大幅度增加，弧光(guāng)傳(chuán)感器(qì)內的(dí)感光(guāng)元(yuán)件就會(huì)把(bǎ)光(guāng)信號轉換為(wéi)電(diàn)信號傳(chuán)給弧光(guāng)單元(yuán)或者(zhě)主(zhǔ)控單元
。電弧(hú)光(guāng)保護(hù)係統(tǒng)的感光 範圍靈敏(mǐn)度可在(zài)弧光(guāng)單(dān)元(yuán)和(hé)主控(kòng)單元進(jìn)行(háng)調(tiáo)整
。

封閉式母(mǔ)綫係統中(zhōng)，在(zài)每個開關櫃(guì)裝(zhuāng)設一個弧光傳感器(qì)
。在(zài)開放(fàng)式母(mǔ)綫係統(tǒng)中(zhōng)，弧光(guāng)傳(chuán)感器的(dí)間(jiān)隔約為5~6m
。

4.5數據(jù)綫(xiàn)和光纖(xiān)
。

在(zài)主控(kòng)單元和弧(hú)光單元(yuán)或電流(liú)單元間的(dí)數(shù)據傳(chuán)送是靠光纖(xiān)和數據(jù)傳(chuán)輸(shū)綫(xiàn)來完(wán)成的
。光(guāng)纖(xiān)傳輸觸發(fā)信(xìn)號至(zhì)主控(kòng)單(dān)元，工(gōng)作電(diàn)源(yuán)，報(bào)警(jǐng)信(xìn)號，自控(kòng)數據信(xìn)息流(liú)的(dí)傳送則(zé)通過數據傳(chuán)輸綫來完成(chéng)
。

5新型電弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護(hù)係統構成(chéng)

這種新(xīn)型(xíng)電弧(hú)光保護(hù)係統(tǒng)是一種原(yuán)理(lǐ)簡單(dān)，動作(zuò)快(kuài)速(sù)可靠，保(bǎo)護覆蓋範圍(wéi)廣(guǎng)，安裝(zhuāng)維護方(fāng)便的裝置(zhì)，目(mù)前(qián)已有超(chāo)過數百套(tào)該型(xíng)電(diàn)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護係(xì)統在(zài)包括我(wǒ)國(guó)在(zài)內(nèi)的(dí)近(jìn)十個國家(jiā)的400V~20kV 中低(dī)壓開關(guān)櫃中(zhōng)投(tóu)運，用(yòng)戶遍(biàn)及(jí)發電廠(chǎng)，變電(diàn)站(zhàn)以及(jí)工業商(shāng)業用(yòng)戶(hù)等領(lǐng)域
。產(chǎn)品運行(háng)情況(kuàng)及用戶(hù)反(fǎn)饋意見(jiàn)表明，該種電(diàn)弧光保護(hù)係統穩定可靠，能可(kě)靠地(dì)顯示故障(zhàng)位(wèi)置(zhì)，發(fā)出跳閘(zhá)指令(líng)
。

6安(ān)科瑞(ruì)ARB6產(chǎn)品功(gōng)能

注：√表(biǎo)示具備(bèi)此功能，■表示可(kě)選(xuǎn)功能
。

6.1產品選(xuǎn)型指標配置(zhì)

6.2開(kāi)孔尺寸(cùn)

6.2.1 ARB6弧(hú)光保(bǎo)護裝置(zhì)安(ān)裝位(wèi)置和開(kāi)孔尺寸(cùn)
。

ARB6弧(hú)光(guāng)保護裝(zhuāng)置安裝時(shí)需(xū)考(kǎo)慮(lǜ)開(kāi)關櫃安(ān)裝(zhuāng)空間(jiān)，與(yǔ)保(bǎo)護範圍內(nèi)電源進綫(xiàn)回(huí)路的(dí)TA回路連接，保護跳閘回路連接，原(yuán)則上采用就(jiù)近(jìn)安(ān)裝方(fāng)式，避(bì)免(miǎn)TA采集(jí)回路，跳(tiào)閘回(huí)路(lù)連綫過(guò)長，一般(bān)安裝於主(zhǔ)變壓(yā)器中，低壓側(cè)進綫(xiàn)櫃或(huò) TV 櫃櫃門(mén)上(shàng)，建議(yì)采(cǎi)用麵(miàn)板開孔安裝
。

ARB6弧光保護(hù)裝置外(wài)形和開孔(kǒng)尺(chǐ)寸(cùn)如(rú)下
。（尺寸(cùn)單(dān)位(wèi)：mm）

左視圖(tú) 正視(shì)圖 開(kāi)孔(kǒng)圖

6.2.2 ARB-S弧光探頭固定(dìng)方式(shì)和開孔(kǒng)尺寸(cùn)

ARB-S弧(hú)光探頭(tóu)固(gù)定(dìng)在卡(qiǎ)扣支架上(shàng)，卡扣支架需要開孔安(ān)裝(zhuāng)
。卡扣(kòu)支架的開(kāi)孔(kǒng)尺(chǐ)寸為(wéi)20mm（直(zhí)徑）
。

6.3 探頭(tóu)安裝位置

6.3.1母(mǔ)綫(xiàn)室(shì)弧光(guāng)探頭安裝

6.3.2手車室(shì)弧(hú)光探頭(tóu)安裝

6.3.3電纜室弧光(guāng)探頭(tóu)安(ān)裝(zhuāng)

7結論

隨著現代微(wēi)機(jī)和光電子(zǐ)技(jì)術的發(fā)展，各種新(xīn)型母(mǔ)綫保護原理(lǐ)和(hé)裝置(zhì)不斷出(chū)現，為(wéi)實(shí)現(xiàn)中低壓(yā)專用(yòng)母(mǔ)綫保護提供了各(gè)種解決方案
。電(diàn)弧光保(bǎo)護(hù)作為(wéi)一種針對中壓(yā)開關(guān)櫃故障特性開(kāi)發的(dí)母綫保護係(xì)統(tǒng)，具(jù)有(yǒu)原理簡單，動作(zuò)可靠迅(xùn)速，對變電站一次設(shè)備(bèi)無特(tè)殊要(yào)求，適應於(yú)各(gè)種運(yùn)行方式，且在各種運(yùn)行方(fāng)式下不需要(yào)保護切換等優點(diǎn)，為用(yòng)戶(hù)提供(gōng)了一個理想(xiǎng)的(dí)中(zhōng)低壓(yā)母綫 保(bǎo)護解(jiě)決方案(àn)
。

參(cān)考(kǎo)文(wén)獻：

[1]金(jīn)文龍(lóng)，等.全國(guó)10kV及(jí)以上(shàng)等(děng)級電(diàn)力(lì)變(biàn)壓器短(duǎn)路(lù)損壞事故統計分析.電網(wǎng)技術，1999(6)

[2]段紹輝.10kV高壓(yā)開關(guān)櫃事故情況(kuàng)綜(zōng)合(hé)分(fēn)析(xī).廣(guǎng)東(dōng)省(shěng)電機工(gōng)程學會，1997

[3]朱根(gēn)度(dù).中壓開關(guān)櫃事(shì)故(gù)調查中有(yǒu)關(guān)弧(hú)光短(duǎn)路等技術問(wèn)題(tí)的(dí)討(tǎo)論，高壓開關(guān)技(jì)術通(tōng)訊(xùn).

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[5]張(zhāng)博.電(diàn)弧光保(bǎo)護係統在中低(dī)壓(yā)母綫保(bǎo)護中的應(yīng)用

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