淺談電弧光保護(hù)裝置在電網(wǎng)中的應(yīng)用

      內(nèi)蒙古烏蘭察布電網(wǎng)是蒙西電網(wǎng)的重要組成部分，其售電量近幾年在蒙西電網(wǎng)中一直，2016年烏蘭察布電業(yè)局完成供電量273億KW·h，位居蒙西電網(wǎng)名。轄區(qū)內(nèi)主要由三個(gè)電壓層級(jí)構(gòu)成：層級(jí)為以慶云變、察右中變、汗海變、旗下?tīng)I(yíng)變、豐泉變五個(gè)500KV變電站為支撐的500KV主架；層級(jí)為21座220KV變電站的雙環(huán)網(wǎng)布局網(wǎng)架；第三層級(jí)為220KV以下35KV以上的變電站61座。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地區(qū)負(fù)荷不斷增加。

高載能作為專線用戶，多由變電站低壓側(cè)35kV、10kV電纜出線供電。這樣的出線方式致使不接地系統(tǒng)對(duì)地電容電流猛增，一旦線路發(fā)生接地時(shí)，容易產(chǎn)生間歇性過(guò)電壓，引起設(shè)備過(guò)電壓、電纜頭爆炸等危害。因此對(duì)主變會(huì)造成嚴(yán)重的沖擊，需要快速切除。但考慮到保護(hù)選擇性和靈敏性等原因，傳統(tǒng)的保護(hù)在主變低壓側(cè)母線及近區(qū)故障往往不能快速切除。這樣對(duì)主變以及電網(wǎng)系統(tǒng)的損害是非常大的。

1、動(dòng)作迅速可靠：

      采用了可靠的快速算法，可以在短時(shí)間內(nèi)判斷弧光變化信號(hào)和電流變化信號(hào)并迅速出口，從發(fā)現(xiàn)故障到出口跳閘時(shí)間間隔優(yōu)于7ms，確保開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的弧光在100ms以內(nèi)切除。

2、全數(shù)字化設(shè)計(jì)：

      本裝置采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)，配置靈活，動(dòng)作精度高，而且排除了由于旋鈕或其他機(jī)械設(shè)計(jì)導(dǎo)致的誤差隱患。

3、保護(hù)原理簡(jiǎn)單、合理

      根據(jù)弧光產(chǎn)生時(shí)的特點(diǎn)，裝置采用弧光和電流雙重判據(jù)，判據(jù)簡(jiǎn)單且可以有效的保證動(dòng)作的準(zhǔn)確性。

4、強(qiáng)大的電氣性能

      故障弧光探頭、連接線全部采用耐高溫、阻燃的高分子材料，具有的電氣隔離效果。裝置EMC的標(biāo)準(zhǔn)，保證了弧光保護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和動(dòng)作的可靠性。

5、故障信息記錄

      在故障弧光發(fā)生并引起裝置跳閘后，主控單元或饋線保護(hù)單元可以準(zhǔn)確的記錄是哪個(gè)弧光探頭檢測(cè)到了故障弧光，且可以詳細(xì)記錄動(dòng)作時(shí)刻的三相電流值以及動(dòng)作時(shí)刻的故障弧光光強(qiáng)。

6、多種輔助保護(hù)功能

      主控單元不但有弧光保護(hù)，還有過(guò)流保護(hù)，接地保護(hù)、斷路器失靈等輔助保護(hù)，這些保護(hù)是弧光保護(hù)的合理配置和有效補(bǔ)充。

1、主控單元

         主控單元是母線型弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心。它檢測(cè)分析故障信號(hào)、接收分析采集單元的弧光故障信號(hào)，并對(duì)兩種信號(hào)進(jìn)行綜合分析判斷。在滿足跳閘條件時(shí)，發(fā)出跳閘指令以切除故障。主控單元一般安裝在進(jìn)線柜或緊鄰進(jìn)線柜的開(kāi)關(guān)柜的二次控制門板上。主控單元有：

        （1）3個(gè)弧光信號(hào)檢測(cè)接口，主要用于接收來(lái)自弧光采集單元的弧光故障信號(hào)；一個(gè)弧光信號(hào)輸出口，主要用于弧光故障信號(hào)輸出，用于內(nèi)部連接。

        （2）3個(gè)數(shù)據(jù)通訊接口，其中一個(gè)用于輸入數(shù)據(jù)，其他的用于輸出數(shù)據(jù)。

        （3）4路快速跳閘輸出接口，符合IEC255-23繼電器標(biāo)準(zhǔn)。

        （4）2路報(bào)警出口，其中一路為裝置故障出口。

        （5）電流輸入，用于判斷故障電流。

2、輔助單元

       弧光采集單元與主控單元配合使用，是弧光保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于采集故障弧光，并將判斷后的結(jié)果通過(guò)光信號(hào)傳遞給主控單元。單個(gè)弧光采集單元可以安裝8個(gè)弧光探頭，根據(jù)系統(tǒng)的大小可以任意增減弧光采集單元的數(shù)量。弧光采集單元通常安裝在選定的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)中，選擇的原則是保證該單元相關(guān)光纖用量盡量少。

3、弧光傳感器

       專門用于故障弧光采集，是無(wú)源的弧光探測(cè)傳感器，安裝在開(kāi)關(guān)柜的母線室內(nèi)或饋線柜內(nèi)電氣元件的連接處。當(dāng)發(fā)生弧光故障時(shí)，光照度大幅度增加，弧光傳感器直接將光信號(hào)傳給弧光采集單元或饋線保護(hù)單元。

      分布式弧光保護(hù)系統(tǒng)由弧光保護(hù)主機(jī)單元和若干弧光采集單元組成。弧光主機(jī)單元采集母線的進(jìn)線電流，接收弧光采集單元采集到的弧光信號(hào)，采集開(kāi)關(guān)位置等，并實(shí)時(shí)進(jìn)行邏輯運(yùn)算。發(fā)生弧光故障時(shí)，弧光主機(jī)單元?jiǎng)幼鳎_(kāi)相應(yīng)的進(jìn)線、或分段開(kāi)關(guān)。弧光采集單元實(shí)時(shí)采集弧光傳感器的信號(hào)，并通過(guò)光纖將弧光信號(hào)級(jí)聯(lián)給弧光主機(jī)單元。

      一般情況，整個(gè)母線段配置1臺(tái)弧光主機(jī)單元；每臺(tái)弧光保護(hù)主機(jī)單元多可以接入8個(gè)弧光采集單元；每個(gè)弧光采集單元可以采集8路弧光傳感器的信號(hào)。配置弧光采集單元的數(shù)量需根據(jù)母線段間隔的多少、以及每個(gè)間隔安裝弧光傳感器的個(gè)數(shù)來(lái)確定。

ARB5-弧光主控單元

 

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費(fèi)用1500元。

（2）主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長(zhǎng)度不能超過(guò)20米。

（4）如有特殊要求，請(qǐng)?zhí)貏e注明。

      弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

 

 

 

      高壓開(kāi)關(guān)柜時(shí)常會(huì)發(fā)生弧光短路故障事故，安裝專門的母線保護(hù)設(shè)施是非常有必要的。電弧光保護(hù)系統(tǒng)具有原理簡(jiǎn)單、靈敏度高、動(dòng)作迅速可靠等優(yōu)點(diǎn)，從而的減小弧光短路對(duì)設(shè)備的危害。目前，國(guó)華寶日希勒電廠等一批項(xiàng)母的高壓廠電系統(tǒng)中，電弧光保護(hù)裝置已得到了應(yīng)用，至今運(yùn)行良好。隨著應(yīng)用實(shí)例的不斷增加，其運(yùn)行可靠性也將更加完善。

[1] 李潔，李慧勇.淺談弧光保護(hù)的組成及優(yōu)點(diǎn) [M]. ． 

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[3] 電力系統(tǒng)計(jì)算程序及其實(shí)現(xiàn) [M]. 北京：中國(guó)電力出 版社，1995．

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5（版）.