【应用案例】电弧光保护在变电站中的应用

浏览次数：242更新时间：2023-11-24

未晓妃

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

0引言

在变电站运行过程中，安全性和稳定性是一个重要因素。近年来，在变电站建设中，由于室内开关柜占地面积小、操作集中、运行维护方便，由于各种原因，越来越多的开关设备被严重烧毁，变电站事故处理不当将直接影响变电站运行的安全性和稳定性，导致电网事故扩大，不仅造成严重的经济损失，还可能造成人员伤亡。在变电站设计过程中，为确保变压器、母线、开关设备的安全运行，按相关规范配置保护装置，但目前国内35kV及以下母线一般不配备快速母线保护，但由变压器备用过流保护切除母线故障，备用保护动作至少0.5s，这就增加了对设备的损坏程度。因此，变电站低压开关柜配备电弧光保护，一旦出现故障，可及时切除故障，防止故障进一步扩大。

1.低压开关柜设备运行中的问题及运行要求

1.1开关柜设备运行中的问题

在变电站设计过程中，110kV及以上母线设置母线，35kV及以下母线系统电压等级一般不配置快速母线保护，但依靠变压器备用过流保护切除母线短路故障，导致故障切除时间延长，增加设备损坏程度。

在设备使用过程中，母线操作频繁，设备绝缘老化和机械磨损不可避免。运行条件的变化和人工操作错误会导致母线故障率的增加，对变电站的运行存在安全风险。

1.2开关柜安全运行要求

（1）开关柜内的电弧耐受性时间。根据IEC298标准，开关柜内的电弧耐受性为100ms。目前市场上销售的开关柜是按照本标准的要求设计的，开关柜在使用过程中可承受的电弧燃烧时间为100ms。由于电弧光故障一般发生在断路器动作前，故障短路电弧一直处于燃烧状态，保护动作时间与断路器开关时间之和是电弧燃烧的持续时间。因此，从开关柜保护的角度来看，保护动作应在100ms内迅速响应，切除电弧短路故障，防止故障进一步扩大，造成更大的危害。

（2）开关柜弧光故障保护。除加强开关柜结构外，还应快速保护母线配置，在开关柜耐火弧时间内切除故障，从根本上限制故障电弧，损坏开关设备和人员安全。

2.电弧光母线保护系统

弧光保护是一种快速可靠的母线保护系统。根据检测弧光和过流双判据原理，可快速响应变电站故障，适用于各种运行方式，为变电站中低压母线保护提供解决方案。弧光保护系统主要包括以下几个方面：

2.1主单元

主单元是电弧保护系统的主要组成部分，主要检测电弧光传感器的短路电流和动作信息，处理和判断收集到的故障信息，发出故障处理信号，切除故障。电弧光保护系统应在同时检测到电弧光和过流时发出相应的切断指令。如果进线断路器没有及时切断故障，系统将启动断路器故障保护逻辑，并向上级断路器发出跳闸指令进行故障切除。此外，电弧保护系统的主单元还将根据辅助单元传输的电弧光传感器的动作信息确定电弧光故障点的位置，并发送温度报警信息。

2.2辅助单元

电弧保护系统的辅助单元一般安装在开关柜内，每个辅助单元可与10个电弧传感器、1个温度传感器和1个便携式电弧传感器连接。当系统发生电弧故障时，辅助单元可以收集电弧传感器中传输的动作信息，并将其传输给主单元，然后分析和响应故障。辅助单元和电弧传感器的地址号可显示在主单元中，有助于及时解除故障。

2.3弧光传感器

弧光传感器是感应故障的主要部件，安装在开关柜的每个间隔室内。弧光传感器是光感应元件。如果出现弧光故障，光强度显著增加，传感器检测光强度，将光信号转换为电流信号并传输给辅助单元。

2.4电流单元

电流单元主要检测系统中的电流变量，并将其发送到主控单元进行分析和处理，然后将处理结果作为判断系统电流的依据。

2.5电弧光保护系统

系统采用弧光检测和过电流检测，实现整个变电站运行设备的双重检测和判断，如果同时检测弧光和电流增量信号，设备和系统故障，需要快速启动继电器，发出跳闸指令，当系统只检测到一个信号时，只需发出报警信号，通知技术人员系统故障。

安装电弧光保护装置的设备和系统具有断路器故障保护功能，即当进线断路器拒绝移动时，会发出越级跳闸信号，切断上短路信号，确保系统运行稳定。

3电弧光保护在变电站中的应用

本文以变电站为例，分析讨论了电弧光保护在变电站中的应用。

ARB5弧光保护系统安装应用于变电站。近年来，该系统运行非常稳定可靠，在保护母线方面发挥了重要作用。本工程接线方式为2条电源进线，单母分段，共有14个开关柜和2座母线桥。弧光保护配置主要有：ARB5主控单元，16个光探头，300米光纤。主控单元安装在10kV进线柜面板上，光探头安装在14面柜和两个母线槽中。本工程安装时，变电站在运行过程中安装弧光设备。

因此，由于停电时间短，为确保安装调试工作能够完成，应提前做好准备。安装步骤主要包括以下几个方面：

（1）根据变电站安装弧系统的实际情况，弧系统设备制造商的设计人员设计电气安装图纸，向变电站相关技术人员提供图纸，根据变电站的实际情况进行改进，直至图纸符合要求。

（2）准备安装所需的辅助材料和辅助部件。变电站应根据设计人员提供的图纸，提前在开关柜上打开设备和压板安装孔，为安装做好准备。

（3）变电站确定停电时间后，应提前通知厂家，厂家应安排技术人员配合现场安装。变电站停电时要考虑综合因素，确定具体时间。

（4）主控制装置需要在停电前一天安装。停电后，变电站技术人员应安排常见的弧形设备技术人员，打开开关柜门，安装后及时关闭柜门。

（5）电源进线、母线、总控单元之间的CT线可由变电站技术人员辅助敷设，弧光保护出口跳开关也应由变电站敷设。

（6）具体安装调试过程由厂家技术人员完成。

（7）所有设备调试完毕后，厂家技术人员对变电站技术人员进行培训。培训结束后进行测试，测试验收合格后完成整个项目。

在本项目中，电弧光保护系统应根据实际系统的实际情况，在技术上，电弧光保护装置应能够提供“故障报警信号”、从“故障动作信号”到计算机监控系统，有助于计算机监控系统及时发现变电站设备运行中的故障和问题，提高解决效率，减少对电力传输的影响。同时，电弧光保护的出口跳闸继电器应满足启动功率不小于5W的要求、动作电压介于55-70之间，动作时间不小于10ms。

安装弧光保护系统时，应遵循一定的技术规范：

（1）KGN柜的安装。

安装KGN柜时，应按照保护母线隔间和母线侧隔离刀闸室的原则，安装在柜上中间，既能保证足够的绝缘距离，又能从足够的角度检测柜内弧光是否符合要求。对于本项目35kV开关柜，应在母线隔离室和母线侧隔离门室安装弧传感器。如果是10kV，如果母线和母线侧隔离门同时在一个房间，只需要安装弧传感器。如果母线和母线侧隔离门不在同一个房间，则需要单独安装弧传感器。

（2）安装KYN柜。

安装KYNN柜时，只能安装在母线隔间内。安装在上中间不仅可以保证足够的绝缘距离，还可以保证及时检测柜内的弧线。

（3）为避免电弧光保护的不选择性跳闸，应进一步简化二次电路，变电站35kV和10kV母线应分列运行。

（4）新建变电站投产前应安装相应的电弧光保护装置。运行变电站时，可根据开关柜的检修情况假装电弧光保护装置。

4安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明

ARB5-弧光主控单元