易允恒 安科瑞電氣股份有限公司

摘要

電弧光故障是變電站中低壓開關(guān)柜面臨的主要安全威脅之一，其發(fā)展速度快、破壞力強(qiáng)，可能導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，甚至引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故。本文針對(duì)變電站中低壓開關(guān)柜的運(yùn)行特點(diǎn)，分析了電弧光故障的成因及其危害，提出了一種基于電弧光檢測(cè)與過流檢測(cè)的雙重判據(jù)保護(hù)方案，并結(jié)合實(shí)際案例，詳細(xì)闡述了電弧光保護(hù)系統(tǒng)的配置方案、安裝調(diào)試以及優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文旨在為變電站中低壓開關(guān)柜的電弧光保護(hù)提供參考，以提高變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，變電站中低壓開關(guān)柜的應(yīng)用日益廣泛。與傳統(tǒng)的戶外敞開式設(shè)備相比，戶內(nèi)開關(guān)柜具有占地面積小、操作集中、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但也帶來了新的安全隱患：

電弧光故障風(fēng)險(xiǎn)增加: 開關(guān)柜內(nèi)部空間狹小，設(shè)備密集，一旦發(fā)生電弧光故障，電弧能量集中，破壞力強(qiáng)。

故障檢測(cè)與切除難度大: 開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障檢測(cè)和故障點(diǎn)定位難度大，傳統(tǒng)保護(hù)裝置難以滿足快速切除故障的要求。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，電弧光故障是導(dǎo)致開關(guān)柜設(shè)備損壞和變電站事故的主要原因之一。為了保障變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，亟需一種快速、可靠的電弧光保護(hù)方案。

1 中低壓開關(guān)柜電弧光故障分析

1.1 電弧光故障成因

絕緣故障: 絕緣材料老化、受潮、破損等導(dǎo)致絕緣性能下降，引發(fā)電弧光故障。

機(jī)械故障: 開關(guān)觸頭接觸不良、機(jī)構(gòu)卡澀等導(dǎo)致電弧光產(chǎn)生。

人為誤操作: 誤操作導(dǎo)致設(shè)備短路，引發(fā)電弧光故障。

其他因素: 動(dòng)物進(jìn)入、設(shè)備振動(dòng)等也可能引發(fā)電弧光故障。

1.2 電弧光故障的危害

設(shè)備損壞: 電弧光產(chǎn)生的高溫可達(dá)數(shù)千度，可瞬間熔化金屬，導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)部設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。

火災(zāi)爆炸: 電弧光引發(fā)的火災(zāi)和爆炸事故會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大事故范圍，造成更嚴(yán)重的后果。

人員傷亡: 電弧光產(chǎn)生的強(qiáng)光、高溫、煙霧和有毒氣體會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員造成傷害。

2 電弧光保護(hù)方案設(shè)計(jì)

為了有效應(yīng)對(duì)電弧光故障，本文提出了一種基于電弧光檢測(cè)與過流檢測(cè)的雙重判據(jù)保護(hù)方案。

2.1 保護(hù)原理

電弧光檢測(cè): 利用弧光傳感器檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)部的光強(qiáng)變化，當(dāng)光強(qiáng)超過設(shè)定閾值時(shí)，判斷為發(fā)生電弧光故障。

過流檢測(cè): 利用電流互感器檢測(cè)線路電流，當(dāng)電流超過設(shè)定閾值時(shí)，判斷為發(fā)生故障。

雙重判據(jù): 只有同時(shí)滿足電弧光檢測(cè)和過流檢測(cè)條件時(shí)，保護(hù)裝置才會(huì)發(fā)出跳閘指令，切除故障。

2.2 系統(tǒng)組成

電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：

主控單元: 負(fù)責(zé)接收和處理來自弧光傳感器和電流互感器的信號(hào)，判斷故障類型和位置，并發(fā)出跳閘指令。

弧光傳感器: 安裝在開關(guān)柜各間隔室中，負(fù)責(zé)檢測(cè)電弧光信號(hào)。

電流互感器: 安裝在母線或饋線上，負(fù)責(zé)檢測(cè)線路電流。

輔助單元: 負(fù)責(zé)連接弧光傳感器和主控單元，并提供電源和通信接口。

斷路器失靈保護(hù): 當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)邏輯，跳開上一級(jí)斷路器。

2.3 動(dòng)作邏輯

1.弧光傳感器檢測(cè)到電弧光信號(hào)，傳輸給主控單元。

2.電流互感器檢測(cè)到過流信號(hào)，傳輸給主控單元。

3.主控單元判斷是否同時(shí)滿足電弧光檢測(cè)和過流檢測(cè)條件。

如果是，發(fā)出跳閘指令，切除故障。

如果否，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知運(yùn)維人員。

3 電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用案例

3.1 項(xiàng)目概況

某 110kV 變電站采用單母分段接線方式，共有 14 面中低壓開關(guān)柜和 2 個(gè)母線橋。為提高變電站的安全運(yùn)行水平，該變電站安裝了 ARB5 型電弧光保護(hù)系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)配置

主控單元: 一臺(tái) ARB5 主控單元，安裝在 10kV 進(jìn)線柜的面板上。

弧光傳感器: 16 個(gè)光探頭，分別安裝在 14 面開關(guān)柜以及兩個(gè)母線橋中。

光纖: 300 米光纖，用于連接主控單元和弧光傳感器。

3.3 安裝步驟

1.設(shè)計(jì)電氣安裝圖紙，并進(jìn)行審核和修改。

2.準(zhǔn)備安裝所需的輔材和輔件，在開關(guān)柜上開好安裝孔。

3.確定停電時(shí)間，并安排廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)配合安裝。

4.安裝主控制裝置和弧光傳感器。

5.敷設(shè) CT 線、跳閘回路電纜等。

6.完成安裝后，進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試。

7.對(duì)變電站技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，并進(jìn)行驗(yàn)收。

3.4 技術(shù)規(guī)范

KGN 柜安裝: 在柜子上側(cè)中部安裝弧光傳感器，確保足夠的絕緣距離和檢測(cè)角度。

KYN 柜安裝: 只能在母線隔室安裝弧光傳感器。

二次回路簡(jiǎn)化: 避免電弧光保護(hù)的無選擇性跳閘，采用分列運(yùn)行方式。

新建變電站: 投產(chǎn)前應(yīng)裝設(shè)電弧光保護(hù)裝置。

運(yùn)行變電站: 可結(jié)合開關(guān)柜大修情況，裝設(shè)電弧光保護(hù)裝置。

4 電弧光保護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 提高保護(hù)可靠性

冗余設(shè)計(jì): 采用雙主控單元、雙弧光傳感器等冗余設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性。

自檢功能: 增加系統(tǒng)自檢功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障。

抗干擾能力: 提高系統(tǒng)抗電磁干擾能力，避免誤動(dòng)作。

4.2 優(yōu)化保護(hù)方案

分區(qū)保護(hù): 根據(jù)開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)行分區(qū)保護(hù)，提高故障定位精度。

選擇性保護(hù): 優(yōu)化保護(hù)動(dòng)作邏輯，實(shí)現(xiàn)選擇性跳閘，避免大面積停電。

智能分析: 利用人工智能技術(shù)，對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，提高故障診斷能力。

4.3 完善運(yùn)維管理

定期維護(hù): 定期對(duì)電弧光保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和檢修，確保其正常運(yùn)行。

狀態(tài)監(jiān)測(cè): 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。

人員培訓(xùn): 加強(qiáng)運(yùn)維人員培訓(xùn)，提高其對(duì)電弧光保護(hù)系統(tǒng)的操作和維護(hù)水平。

5 安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說明

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20米。

（4）如有特殊要求，請(qǐng)?zhí)貏e注明。

5.1安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

5.2安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用電弧光保護(hù)系統(tǒng)對(duì)變電站進(jìn)行保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)間為5-7ms，可以迅速實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的響應(yīng)和處理，使變電設(shè)備的損失減到小，大大提高了變電站運(yùn)行的安全性和運(yùn)行效率。

審核編輯 黃宇