淺談中低壓母線裝設弧光保護的必要性

簡婷

开云体育手机下载教程 上海嘉定  201801

【摘要】：中低壓開關(guan) 櫃作為(wei) 電能生產(chan) 與(yu) 分配的基礎設施之一，使用量逐年增加，並且使用場合的複雜性也在增加。成套開關(guan) 設備中母線故障產(chan) 生的弧光將燒壞其元器件,從(cong) 而導致事故擴大,往往造成較大的經濟損失,而母線弧光保護正好解決(jue) 了這個(ge) 難題，能夠很好的保護開關(guan) 設備並降低損失。

【關(guan) 鍵詞】：中低壓開關(guan) 櫃；母線故障；弧光保護

0 引言

       弧光放電不僅(jin) 會(hui) 造成停電事故，還會(hui) 造成設備性損壞和人身傷(shang) 害，帶來不可估量的損失。弧光放電事故是中低壓開關(guan) 櫃內(nei) 嚴(yan) 重的事故之一，本文就幾個(ge) 方麵來探討中低壓母線裝設弧光保護的必要性。

1 重視中低壓母線故障的原因

       我國電力發展建設已經進入大電網、大機組、壓輸電階段，並且對發電機組的容量要求越來越高，這對電力係統運行提出了更高的要求，因為(wei) 單台大機組的運行情況，會(hui) 直接影響到整個(ge) 電網的運行穩定性、性以及經濟性。同時，發電廠的用電係統與(yu) 運行，對發電機組的影響也越來越大。由此可以看出，如果中低壓母線出現故障，它會(hui) 產(chan) 生弧光，所產(chan) 生的弧光對電力設備及人本身的影響大，會(hui) 造成不同程度的損傷(shang) ，有時還會(hui) 引發“鏈式反應"。

       現行的繼電保護設計標準，是采用借助於(yu) 上元件的後備過流的方法來保護，從(cong) 而切除中低壓係統母線短路的問題，這樣的做法存在弊端。電路故障應該在盡可能短的時間得到維修，而這類保護方法會(hui) 導致維修時間增長，對設備也有一定的損傷(shang) 。這些問題如果沒有及時解決(jue) ，還會(hui) 引起不同程度的事故，輕則會(hui) 發展為(wei) 輸電網故障，重則會(hui) 使電力係統出現整體(ti) 性故障。

2 產(chan) 生中低壓弧光故障的因素

       中低壓電力係統在運行中發生的弧光故障事故，多是受到環境條件的影響，絕緣材料受潮、設備表麵產(chan) 生凝露和附著汙穢，從(cong) 而使設備絕緣水平下降引發事故。

（1）弧光產(chan) 生的技術原因

       設備故障和帶電設備的誤操作，檢修工具遺漏在開關(guan) 設備內(nei) ，錯誤的接線和母線連接，絕緣老化和機械磨損、過電壓，小動物、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環境因素，容性接地電流擴大等。

（2）弧光產(chan) 生的人為(wei) 原因

       誤入帶電間隔，隔離開關(guan) 誤操作，忘記在工作區接地，忘記測量工作區內(nei) 的高壓等。

除此之外，電力係統的迅速發展，電網的結構總是在不停地改變，用電負載在增多，從(cong) 而導致電纜增多，電量超負荷，也容易導致故障發生。

3 弧光故障事故的危害

       弧光產(chan) 生的溫度可達4500℃，內(nei) 部溫度甚至有10000～20000℃。弧光產(chan) 生時大瞬時功率可達到40MW，弧光光強可超過正常照明光強2000多倍。因此中低壓開關(guan) 櫃內(nei) 因故障而產(chan) 生電弧時若不能及時采取有效措施，則會(hui) 產(chan) 生諸多危害。

       （1）對設備的危害：電弧發生時產(chan) 生大量高溫高壓氣體(ti) ，氣體(ti) 瞬時衝(chong) 擊波可造成開關(guan) 櫃體(ti) 變形、破碎；衝(chong) 擊波爆破震動可造成開關(guan) 櫃劇烈震動，使各連接處緊固件鬆脫；產(chan) 生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化，甚至將開關(guan) 櫃外殼金屬融化、元器件嚴(yan) 重損壞並引起火災。

       （2）對人的危害：高溫灼傷(shang) 皮膚；熔化的金屬蒸發並滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化；高強度弧光傷(shang) 害眼睛，甚至造成角膜脫落；高溫燃燒產(chan) 生的粉塵和有毒有害氣體(ti) 損傷(shang) 呼吸係統；弧光電流作用於(yu) 人體(ti) 可使肌肉產(chan) 生非自主劇烈收縮，也可損傷(shang) 肌腱、皮膚、血管、神經組織等。

       電弧產(chan) 生的能量與(yu) I ²t成指數規律快速上升，其不僅(jin) 與(yu) 故障電流的大小有關(guan) ，還與(yu) 燃弧時間有關(guan) 。根據故障點的不同，通常情況下故障短路電流會(hui) 在幾千安至幾萬(wan) 安，故障若不能及時切除以熄滅電弧，則會(hui) 產(chan) 生巨大能量。總之，開關(guan) 櫃發生內(nei) 部電弧故障，不論是對開發設備還是對附近的工作人員，其危險性不可謂不嚴(yan) 重。

圖1 電弧能量-時間曲線

4 弧光保護與(yu) 傳(chuan) 統保護之間的比較

       傳(chuan) 統母線保護方案有如下幾種。

（1）進線過流保護方案

       利用微機過流保護實現中低壓開關(guan) 櫃及其母線保護方案。過流保護動作時間需與(yu) 各饋線過流保護時間配合，至少在300 ms 以上，動作時間不能滿足快速切除弧光短路故障的要求。

（2）變壓器後備過流保護方案:

       該方案是目前應用廣泛的中低壓母線保護方案，保護跳閘時間一般整定為(wei) 1. 2 ～ 2. 0 s，更加不能滿足快速切除中低壓母線和線路故障的要求。

（3）環流原理的高阻抗母線保護方案:

       該方案是的母線保護方案，保護動作時間一般為(wei) 35 ～ 60 ms。但是這種方案接線複雜、對CT 要求高，安裝在中低壓開關(guan) 櫃有很多困難，也不經濟。此外，由於(yu) 其保護範圍受到CT 安裝位置的限製，不能保護發生故障幾率較高的電纜接頭處的故障，並且也不能提供故障定位，因此其實用性差。

       弧光保護專(zhuan) 門用於(yu) 來保護中低壓開關(guan) 櫃母線，它的動作時間快，相比於(yu) 傳(chuan) 統的保護係統，更具*性，它采用弧光和電流閉鎖的方法來進行雙重判斷，增加了可靠性和性。它在發生故障時，能準確地定位，可減少維修人員查找故障點的時間，大大減短了維修時間，從(cong) 而保障事故檢修之後快速恢複供電。

5 安科瑞ARB5係列弧光保護裝置

       安科瑞ARB5係列弧光保護裝置具有原理簡單、動作可靠迅速、對變電站一次設備無特殊要求、適應於(yu) 各種運行方式、且在各種運行方式下保護不需要切換等優(you) 點，為(wei) 目前發電廠、變電站、工業(ye) 及商業(ye) 配電係統0.4kV - 35kV中低壓母線保護理想的解決(jue) 方案。它通過弧光+電流雙重判據或弧光單判據啟動保護，其弧光單判據動作時間≤7ms；弧光+電流雙判據動作時間≤20ms，為(wei) 快速切除中低壓弧光故障提供了技術支持。

圖2 ARB5弧光保護邏輯原理圖

       ARB5弧光保護還具有失靈保護、CT監測、弧光故障點定位、弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢、支持包括IEC61850在內(nei) 的主要行業(ye) 內(nei) 通訊協議等功能。

圖3 ARB5弧光保護典型配置圖

6 中低壓開關(guan) 櫃母線弧光保護的應用案例

       安科瑞ARB5係列弧光保護裝置廣泛應用於(yu) 中低壓開關(guan) 櫃母線保護。

（1）某機場10kV開關(guan) 櫃母線弧光保護

圖4 某機場10kV開關(guan) 櫃ARB5弧光保護安裝圖

（2）某工廠0.4kV開關(guan) 櫃母線弧光保護 

圖5 某工廠0.4kV開關(guan) 櫃ARB5弧光保護安裝圖

7 結語

       中低壓係統母線的保護，不僅(jin) 需要、熟練地掌握技術，還需要一些保護係統來協調配合完成，而弧光保護作為(wei) 一個(ge) 理想的解決(jue) 方法，可以有效地解除故障，減少設備維護的次數，提高電力係統的經濟效益，提高電力係統的性和可靠性。

參考文獻

[1].王新恒.中低壓係統母線裝設弧光保護的必要性分析

[2].李鷹洲.電弧光保護係統在中低壓開關(guan) 櫃中的應用

[3].王良毅，盧睿，曾治安.弧光保護在10kV開關(guan) 櫃中的應用

[4].安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.05版

作者介紹：簡婷，女，現任職於(yu) 开云体育手机下载教程，主要研究方向為(wei) 中低壓電力係統繼電保護和弧光保護。