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淺談電弧光保護裝置在水電站的配置方案

更新時間：2023-05-22

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：本文介紹了電弧光保護在水電站的配置及應用，提供給相關人員參考。

關鍵詞：水電站；開關柜；電弧光

0 前言

電弧光是由于發生相間短路或接地短路時空氣電離而形成的。在我國電力系統中開關柜內部電弧光故障時有發生，而一旦發生弧光故障將對人身及設備會帶來大的損害。

水輪發電機組出口母線開關柜是水電站發電的重要輸電樞紐。在發生內部故障時，是否能迅速地切除故障，對電站的生產至關重要。因為國標《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》(GB50062)及現行的電力行業規程規范未對6KV(10KV)母線保護作明確規定，因此水電站發電機出口母線一般未配置專用的快速母線保護，針對目前水電站中壓母線保護配置的現狀，非常有必要增設快速保護。國內一些專家也一直強調裝設專用中低壓母線保護的重要性，用戶也希望可以提供一種造價較低，原理簡單、適用于6-35KV的母線保護，以大限度減少母線故障對設備的損害，提高輸電可靠性。

1 配置弧光保護的必要性

在電力系統中，35kV及以下電壓等級的母線由于沒有穩定問題，一般未裝設母線保護。然而，由于中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導體線間距離與大地的距離比較近，容易受小動物危害，設備制造質量比高壓設備差，設備絕緣老化和機械磨損，運行條件惡劣，系統運行條件改變，人為和操作錯誤等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、壓母線高得多。但長期以來，人們對中低壓母線的保護一直不夠重視，也未發現先進合理的解決方案，因此，大多采用帶有較大延時的后備保護來切除母線上的故障，往往使故障被發展、擴大，從而造成巨大的經濟損失。究其原因大多是因為沒有裝設中低壓母線保護，未能快速切除故障所造成。所以，為了保證變壓器及母線開關設備的運行，根據繼電保護快速性的要求，迫切需要配置專用中低壓母線保護。

在這種情況下，電弧光保護成為了廣大水電站用戶中低壓母線保護的理想選擇。專用母線電弧光保護不僅動作速度快，可靠性高而且與其它專用母線保護相比具有價格優勢。

我國于2004年開始使用進口專用母線電弧光保護，目前電力系統，尤其是發電系統，約70-80的新建電廠均采用了專用母線電弧光保護。

2 采用專用母線電弧光保護的好處

由于光電式電弧光保護系統測量的光和電是兩個不同物理性質的參數，采用光信號，故障電流信號雙判據的動作原理決定了他的誤動率要比系統中其他主保護(包括發電機，變壓器、線路)誤動概率要小，既能保障高壓開柜運行，又不會影響電站正常生產。

采用專用母線電弧光保護具有以下幾個優點：

1）保護附近工作人員免受電弧光對人身的傷害。

2）保護中低壓設備免受嚴重破壞，防止火災發生。

3）保護主變壓器或者廠用變壓器免受嚴重沖擊而損環。

4）防止波及站用直流系統，避免造成巨大的經濟損失。

5）大限度地減少用戶的停電時間(用戶停電恢復時間，由原來的2-3個星期減少到幾個小時以內）。

6）延長現有開關設備的使用壽命。

3 水電站電弧光保護系統的配置方案

3.1 電弧光保護系統配置

電弧光保護系統一般由主單元、擴展單元及電弧光傳感器組成，由于采用弧光傳感器檢測電弧光，并通過高速固態出口輸出斷路器跳閘信號，該系統對電弧光的反應速度從檢測到電弧光到發出跳閘信號快時間不超過7毫秒。

電弧光系統的保護動作機制：傳感器在檢測到母線弧光故障后，將弧光信號傳送給擴展單元，然后擴展單元通過總線將信號再傳遞給主單元。主單元在收到信號后，將向斷路器發出跳閘信號將進線斷路器跳聞，從而電弧光的發展。

當傳感器檢測到電纜室的弧光故障時，擴展單元可直接跳本柜的斷路器，而不會影響到進線。

3.2 電氣原理方案

1）正常情況下，裝置自檢、弧光傳感器自檢，如果發現弧光故障，均能給出弧光故障信息，同時，如果是裝置故障，將閉鎖跳閘出口，避免誤動作；此信號可由一個告警節點輸出至告警小母線或信號采集裝置。

2)母線因故產生電弧光，相應母線室的弧光傳感器檢測到弧光后，將信號上傳到擴展單元。

3）若為母線分段運行，各主單元在收到弧光信號的同時，比較自身采集到的電流信號。弧光和電流均滿足判據，則為本段母線發生弧光，發出跳閘信號，本段進線斷路器跳閘，從而熄滅電弧，同時給出跳閘信號。

4）如果電纜室發生弧光故障，則相應的擴展單元動作，跳相應的本柜斷路器。

5）若為單進線運行帶I、Ⅱ段母線，各母線的主單元收到弧光信號的同時，立即將弧光信號同步轉發至另外一個主單元。則工作進線的主單元收到弧光信號(本段傳來信號或者另一臺主單元轉發),且電流滿足條件，則發出跳閘信號，跳開分段斷路器，從而熄滅電弧，同時給出跳間信號，并保證其它母線正常運行。

6）失靈保護：若母聯斷路器失靈，則啟動失靈保護跳低壓側進線；若低壓側進線失靈，則啟動失靈保護跳高壓側斷路器。

7）若各段母線的主單元退出運行，則該段弧光保護退出。

4 安科瑞ARB5-M弧光保護產品選型說明

ARB5-弧光主控單元

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（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請特別注明。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產品功能和技術參數

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6安科瑞ARB5-M弧光保護產品現場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

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7 結束語

隨著人們對電弧光故障的進一步研究和認識，許多水電站已開始應用電弧光保護系統，像我公司設計的斜卡水電站、撒多水電站10kV高壓開關柜均配置了電弧光保護。

我們建議水電站35kV以下母線增設電弧光保護系統作為母線主保護，從而彌補目前只有母線后備保護的技術缺陷。減少或避免開關柜內部電弧光故障帶來的人身傷害，提高生產率：使開關及變壓器等主要設備損失降到低，在短時間內恢復生產；為水電站“無人值班、少人值守"生產模式提供必要的保障。

參考文獻：

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[2]蔡彬，陳德桂，李志鵬.開關柜中內部電弧故障的仿真與實驗(英文)[J].電工技術學報，2004(03)．

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[5]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5（版）.

作者簡介：

吳柯霓，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護及絕緣監測系統。

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