安科瑞程瑜

摘要：在變電站、電廠、工業(yè)企業(yè)等場合的中低壓母線及開關(guān)柜中產(chǎn)生弧光短路時(shí)，弧光保護(hù)可以在傳感器氣的覆蓋區(qū)域內(nèi)快速定位動(dòng)作，切斷故障電流，大限度的降低弧光短路對人員及設(shè)備的傷害。弧光保護(hù)具有速動(dòng)性、可靠性、選擇性、靈敏性要求。

關(guān)鍵字：弧光保護(hù)、速動(dòng)、可靠、靈敏、降低危害

引言

弧光短路在中低壓母線及開關(guān)柜斷路器端常有發(fā)生，容易引發(fā)設(shè)備損壞、爆炸，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致人員受傷。在變電站、電廠、工業(yè)企業(yè)這樣的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、運(yùn)行要求高的場所，弧光保護(hù)能帶來更快速、可靠、靈敏的安全保障。

一、一般易引發(fā)弧光短路的主要原因有

1.操作人員誤操作行為：誤入帶點(diǎn)間隔、誤操作隔離開關(guān)、帶接地線合閘、誤將工具遺漏在開關(guān)設(shè)備內(nèi)等，人為失誤造成的電氣不規(guī)范操作，此類問題大面積存在。

2.電氣因素：在施工接線或者后期維護(hù)的時(shí)候，電氣連接錯(cuò)誤、設(shè)備故障，引起的母線誤接或者電氣短路問題。

3.環(huán)境素：隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加，絕緣老化、機(jī)械磨損、灰塵、溫度、濕度及腐蝕，使得開關(guān)本體及輔助機(jī)械失去了原有的電氣可靠性。

二、電弧光的危害

1.弧光產(chǎn)生的瞬間，容易造成溫度急升，導(dǎo)致銅牌等金屬器件氣化；嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致壓力上升過快，開關(guān)設(shè)備發(fā)生爆炸。

2.孤光故障出現(xiàn)后，瞬間提升的短路電流使上一級變壓器承受近距離短路沖擊，可能造成變壓器繞組變形，進(jìn)而造成變壓器繞組的匝間短路。

3.并且瞬高溫、強(qiáng)光及爆炸會(huì)灼傷作業(yè)人員的皮膚、刺傷眼睛，泄露出有害氣體也能直接對人體造成傷害。

三、傳統(tǒng)方案及弧光保護(hù)方案的對比

（一）傳統(tǒng)的保護(hù)方案是采用中低壓側(cè)主變后備保護(hù)，線路保護(hù)設(shè)備的元件過流保護(hù)，有部分地區(qū)配置簡易母差保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。

1.各類元件保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間較長，主變后備一般在1S以上，線路間隔一般在200MS，母差保護(hù)在30~45ms。當(dāng)出現(xiàn)弧光短路時(shí)，主變后備和線路間隔動(dòng)作明顯緩慢，而母差保護(hù)在電網(wǎng)的10kV~35kV側(cè)一般都不進(jìn)行配置。

2.使用常規(guī)元件保護(hù)，施工接線復(fù)雜，需要接入模擬量、開入、開出，并且要配置公用設(shè)備采集設(shè)備信號。增加的成本投入也隨之上升。

3.南方電網(wǎng)的簡易母差功能在起初階段的作用同弧光保護(hù)較為類似，但是因?yàn)楹喴啄覆钚枰M(jìn)行大量的配置，在配置的時(shí)候因低壓側(cè)價(jià)格數(shù)量多，極易產(chǎn)生錯(cuò)誤，電網(wǎng)也多次有過事故問題。在南方電網(wǎng)已經(jīng)逐漸取消了。

（二）弧光保護(hù)的方案是通過在中低壓開光柜的母線室及斷路器

室安裝弧光傳感器，通過光纖傳送到主保護(hù)單元，依靠保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，發(fā)出動(dòng)作命令直接切除電源及分段間隔。

1.保護(hù)動(dòng)作時(shí)間能在10MS左右，相對比常規(guī)的線路保護(hù)和主變后備保護(hù)要快很多，當(dāng)故障點(diǎn)出現(xiàn)在斷路器室還未傳導(dǎo)到出現(xiàn)倉時(shí)，就可以探知到弧光危害，并且有選擇的快速度動(dòng)作切除主變變低電源及故障段母線。見附圖4。

2.現(xiàn)場接線相對于常規(guī)元件保護(hù)，只需要接入主變變低及分段的電流，并對相應(yīng)間隔設(shè)計(jì)跳閘回路即可。感知元件和主保護(hù)之間可以通過光纖進(jìn)行連接，現(xiàn)場施工難度大大降低。甚至在運(yùn)行設(shè)備都可以短時(shí)間停電改造。

3.弧光保護(hù)可以有很多靈活的配置方案，不同的廠家制定集中式的和分布式等多種組裝方案供業(yè)主選擇。可根據(jù)母線的運(yùn)行方式和故障位置分區(qū)域保護(hù)，雖大限度縮小事故停電范圍。

4.根據(jù)光強(qiáng)度傳感及電流量的多判據(jù)組合，在發(fā)生弧光短路時(shí)，可以判斷故障點(diǎn)位置。

四、弧光保護(hù)的技術(shù)舉例

當(dāng)故障出現(xiàn)在饋線開關(guān)柜時(shí)：

1.當(dāng)在母線室檢測到弧光時(shí)，此時(shí)屬于母線故障，立即跳開本間隔母線段的進(jìn)線開關(guān)及分段開關(guān)，將停電范圍縮小在本段母線。

2.當(dāng)開關(guān)室檢測到弧光時(shí)，分兩種情況：入故障發(fā)生在開關(guān)機(jī)構(gòu)的觸頭上，則屬于母線側(cè)故障，應(yīng)立即跳開本間隔母線段的進(jìn)線及分段開關(guān)；如果故障發(fā)生在開關(guān)機(jī)構(gòu)的下觸頭，通過跳開本間隔的開關(guān)即可隔離故障，從而避免停電范圍擴(kuò)大。但是由于安裝在開關(guān)柜的弧光傳感器無法區(qū)分孤光故障發(fā)生在上觸頭還是下觸頭，則需要根據(jù)實(shí)際情況選擇是跳開正端母線段進(jìn)線或者分段開關(guān)，還是跳開本間隔開關(guān)。所以比較常見的配置方案是在中低壓側(cè)開關(guān)柜的母線倉和斷路器室配置探頭，出現(xiàn)弧光短路時(shí)跳開本段母線的電源進(jìn)線和分段開關(guān)。

3.電纜室是極容易產(chǎn)生弧光故障的地方。當(dāng)在電纜室檢測到弧光時(shí)，屬于本間隔故障，需要跳開本間隔開關(guān)來實(shí)現(xiàn)切除故障。而實(shí)際運(yùn)用中，此動(dòng)作行為與傳統(tǒng)配置保護(hù)功能重復(fù)，并且在電網(wǎng)的典型配置中必須有饋線保護(hù)的要求，所以直接在電纜室采集孤光信號的方案已逐步被取代。

當(dāng)故障出現(xiàn)在主變中低壓側(cè)開關(guān)柜時(shí)，保護(hù)功能和動(dòng)作邏輯和饋線的一致。

當(dāng)故障出現(xiàn)在PT的母線倉時(shí)，此類屬于母線故障，立即跳開本間隔母線段的進(jìn)線開關(guān)及分段開關(guān)。

五、弧光保護(hù)的市場價(jià)值

1.實(shí)現(xiàn)弧光保護(hù)的施工方案較為簡單，在實(shí)際施工過程中減少大量傳統(tǒng)保護(hù)需要的電纜，取而代之的是高效的光纖級聯(lián)，經(jīng)濟(jì)效益更有優(yōu)勢。

2.在電網(wǎng)的典型配置中，缺少對35kV~10kV的母線配置保護(hù)，弧光保護(hù)正好能彌補(bǔ)這一個(gè)需求，并且動(dòng)作響應(yīng)速度高，保護(hù)邏輯可靠。

3.弧光保護(hù)在變電站中的配置方案簡單，尤其針對過去開關(guān)柜質(zhì)量不高的老站，更加需要增強(qiáng)保護(hù)措施，減少對作業(yè)人員的傷害，降低設(shè)備的損耗。

六、弧光保護(hù)的優(yōu)勢總結(jié)

弧光保護(hù)具有具有速動(dòng)性、可靠性、選擇性、靈敏性的特點(diǎn)。

1.相比于常規(guī)站中的傳統(tǒng)配置，孤光探頭的感知范圍大，在弧光產(chǎn)生的起始點(diǎn)探測到風(fēng)險(xiǎn)，更高效的防止弧光短路在生產(chǎn)作業(yè)中對作業(yè)人員及生產(chǎn)設(shè)備的傷害。

2.無論新建站的安裝還是改造站的加裝工作中，可選配置方案多，能適應(yīng)各種運(yùn)行的環(huán)境，大大降低施工難度，減少用戶停電時(shí)間。

3.弧光保護(hù)能彌補(bǔ)傳統(tǒng)變電站配置中對中低壓側(cè)母線的保護(hù)缺失，提供快度響應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。

4.相對于電網(wǎng)中的傳統(tǒng)元件保護(hù)，經(jīng)濟(jì)性高。

電弧光是發(fā)電廠中常見的帶電危害，中低壓母線中設(shè)置的保護(hù)方案對于電弧光危害防護(hù)作用是非常微小的，因而想要避免電弧光給運(yùn)維人員和電氣設(shè)備帶來的損傷，需要借助于電弧光保護(hù)系統(tǒng)來減少電弧光帶來的危害。本文主要對6kV發(fā)電廠中用電系統(tǒng)電弧光保護(hù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以期能夠?yàn)橥惖谋Ｗo(hù)應(yīng)用提供一些經(jīng)驗(yàn)參考。

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力事業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，線路中所應(yīng)用的中低壓開關(guān)也是越來越大，這就使得線路上的電流負(fù)荷越來越大，也使得開關(guān)柜中的電弧光發(fā)生也越來越頻繁，這不僅會(huì)影響變電站中的設(shè)備的正常運(yùn)行，而且還有可能給電站內(nèi)的運(yùn)維人員帶來人身威脅，因而采取相應(yīng)的保護(hù)措施來減少電弧光危害。

電弧光及電弧光保護(hù)

電弧光的產(chǎn)生主要是由于兩電之間的電壓升高時(shí)周圍空氣中的正負(fù)離子在電壓的影響下形成高速轉(zhuǎn)動(dòng)的電廠，且在移動(dòng)的過程中不斷與其他分子碰撞出現(xiàn)新的離子，而這些電離子不斷增加，加上溫度的升高變化就會(huì)產(chǎn)生電弧，實(shí)質(zhì)上是一種放電，這種放電對于電壓要求不是很高，只要兩個(gè)電之間的電壓能夠超過周圍空氣絕緣強(qiáng)度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)電弧放電，這種放電會(huì)直接影響電弧周圍的電氣設(shè)備運(yùn)行，而且電弧光的發(fā)生過程中溫度急劇上升，會(huì)給電氣設(shè)備造成較大的影響，放電時(shí)所產(chǎn)生的氣體會(huì)引起開關(guān)柜設(shè)備振動(dòng)劇烈，在振動(dòng)的過程中會(huì)使開關(guān)設(shè)備上的固定元件發(fā)生脫落，電弧光會(huì)直接對開關(guān)柜中的一次和二次設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p傷，并且會(huì)直接使絕緣電阻失去作用，甚至可能會(huì)引起開關(guān)柜爆炸，直接威脅電站中運(yùn)維人員的人身，基于此要采取相應(yīng)的電弧光保護(hù)措施，以便減少電弧光危害，保護(hù)發(fā)電廠中的電氣設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

電弧光對電氣設(shè)備造成的損傷是由其自身所特性決定的，電弧光對設(shè)備損壞的程度是隨著時(shí)間的增加而加劇的，因而如何在短時(shí)間內(nèi)將故障排除，就能夠?qū)㈦娀」鈳淼奈：档降汀ｋ娀」獗Ｗo(hù)系統(tǒng)就是利用了的電弧光和電流保護(hù)措施，打破原來常規(guī)保護(hù)，在檢測到電弧光后就立即執(zhí)行跳閘指令，對故障部位進(jìn)行排除，從而減少電弧光給電氣設(shè)備帶來的持續(xù)傷害。同時(shí)電弧光保護(hù)系統(tǒng)在檢測到電弧光之后會(huì)在時(shí)間發(fā)出報(bào)警信號，這時(shí)裝置會(huì)自動(dòng)執(zhí)行1ms內(nèi)自動(dòng)跳閘命令，對故障源進(jìn)行快速切除，這樣能夠?qū)㈦娀」鈳淼奈：刂圃?ms之內(nèi)，設(shè)備所受到的電弧光損壞是非常小的，這種保護(hù)模式比傳統(tǒng)的低壓母線保護(hù)速度更快，后期加上斷路器的跳閘時(shí)間，也能夠完全將開關(guān)柜的故障排除時(shí)間控制在100ms之內(nèi)。由此可以看出，電弧光保護(hù)能夠很大程度上降低設(shè)備故障帶來的電弧光損壞，并且為運(yùn)維人員的人身提供保障，因而在實(shí)際發(fā)電廠運(yùn)維過程中電弧光保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置是非常重要的。

電弧光保護(hù)系統(tǒng)在6kV發(fā)電廠中的應(yīng)用

本次應(yīng)用的發(fā)電廠為6kV發(fā)電廠，以330MW火電機(jī)組為準(zhǔn)，發(fā)電組保護(hù)型號AM5SE，廠用保護(hù)系統(tǒng)為安科瑞AM5SE系列。6kV發(fā)電廠中的用電系統(tǒng)總共有四段母線，每一段母線上進(jìn)線都是一回，母線發(fā)生側(cè)故障主要是由于進(jìn)線過流保護(hù)導(dǎo)致的，在沒有電弧光保護(hù)時(shí)母線上的故障無法及時(shí)進(jìn)行排除，就會(huì)給母線和電氣設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。針對于此，在發(fā)電廠中安裝電弧光保護(hù)系統(tǒng)，本次應(yīng)用的設(shè)備主要包括AM5SE低壓變壓器綜合保護(hù)測控裝置和ARB5滅弧裝置，其中ARB5快速滅弧器屬于主動(dòng)性電弧保護(hù)設(shè)備，能夠降低母線線路上發(fā)生故障電弧事故時(shí)所產(chǎn)生的高溫，也能夠減少電弧光給電氣設(shè)備帶來的損壞和影響，與傳統(tǒng)電流保護(hù)模式相比，ARB5設(shè)備能夠快速對線路上的電弧故障進(jìn)行檢測確定，并且能夠?qū)收想娀∵M(jìn)行快速，減少電弧故障給電路帶來的損壞。在結(jié)構(gòu)上主要是有檢測控制裝置和一次主元件構(gòu)成，其中檢測控制裝置的作用主要在于能夠在2ms之內(nèi)對電弧光故障進(jìn)行檢測，并且確定故障電流信號，然后將其傳遞給一次主元件，主元件在接受相關(guān)指令之后能夠在僅僅1.5ms之內(nèi)發(fā)生動(dòng)作，對故障電弧進(jìn)行熄滅，由此可以看出，ARB5設(shè)備能夠快速在短時(shí)間內(nèi)對故障電弧進(jìn)行熄滅，且這種防護(hù)是屬于主動(dòng)型防護(hù)的，也是目前比較先進(jìn)的一種電弧保護(hù)設(shè)備，對于6kV的低電壓電廠來說非常適合。ARB5的應(yīng)用能夠顯著提高運(yùn)維人員自身的性，即使是在IAC防護(hù)要求不足的開關(guān)設(shè)備當(dāng)中也能夠發(fā)揮保護(hù)作用，控制電弧光的損壞范圍，同時(shí)ARB5設(shè)備的使用還能夠整個(gè)用電系統(tǒng)使用效率的提升，能夠減輕電弧光給開關(guān)帶來的損壞，使開關(guān)設(shè)備在故障電弧之后能夠快速進(jìn)行，從而保證用電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。而AM5SE保護(hù)測控裝置則是適用于低壓變壓器的綜合保護(hù)測控裝置，能夠?qū)Φ蛪鹤儔浩麟娏鳌⑦^負(fù)荷等進(jìn)行監(jiān)測，并且在出現(xiàn)故障或異常電流時(shí)發(fā)生保護(hù)動(dòng)作，保證低壓變壓器的，這一裝置與ARB5設(shè)備的合用能夠提升6kV電廠用電系統(tǒng)的保護(hù)級別，阻斷電弧光給線路和設(shè)備帶來的損壞。對于低壓電廠來說，母線是全廠供電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)的供電樞紐，一旦母線發(fā)生故障，那么連接在母線上的所有元件都會(huì)受到影響，同時(shí)還會(huì)轉(zhuǎn)換到另一組母線上，對另一組母線也造成損壞，從而導(dǎo)致被迫停電事故的發(fā)生，影響整個(gè)用電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給電廠運(yùn)營帶來較大的嚴(yán)重后果和威脅，因而加強(qiáng)對母線的保護(hù)是非常必要的，而其中電弧光對母線的影響程度也是的，需要電廠設(shè)置相應(yīng)的電弧光保護(hù)系統(tǒng)來保護(hù)母線，減少電弧光給母線帶來的損壞。

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度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請?zhí)貏e注明。

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

安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

結(jié)束語

加裝AM5SE型號低壓變壓器綜合保護(hù)測控裝置和ARB5滅弧保護(hù)裝置能夠減少電弧光給發(fā)電廠電氣設(shè)備和運(yùn)維人員帶來的危害，且這兩種保護(hù)在低壓電廠當(dāng)中的適用性比較強(qiáng)，能夠靈活運(yùn)用在各個(gè)場合當(dāng)中，從而能夠減少電廠中安裝保護(hù)設(shè)備的工作量，而且還能夠增加6kV發(fā)電廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行性，這對于發(fā)電廠來說是非常難得的。

電弧光在電氣工作中是一種常見但危險(xiǎn)的現(xiàn)象。安科瑞電氣股份有限公司作為一家專注于電力監(jiān)控與保護(hù)的公司，為了減少電弧光帶來的危害，推出了電弧光保護(hù)系統(tǒng)。

電弧光保護(hù)系統(tǒng)是一種高效的防護(hù)裝置，能夠在電弧光出現(xiàn)時(shí)迅速切斷電源，保護(hù)人員和設(shè)備的安全。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的電弧傳感器，能夠準(zhǔn)確檢測到電弧光的存在，并迅速啟動(dòng)切斷裝置，將電源切斷。

電弧光保護(hù)系統(tǒng)可以有效降低電弧事故的發(fā)生率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電弧事故是電氣工作中常見的事故類型之一。而電弧光保護(hù)系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，可以在電弧光出現(xiàn)的瞬間切斷電源，避免事故的發(fā)生。

電弧光保護(hù)系統(tǒng)能夠減少電氣設(shè)備的損壞。電弧光一旦發(fā)生，會(huì)產(chǎn)生高溫、高能量，對周圍設(shè)備造成嚴(yán)重?zé)龤踔帘ǖ娘L(fēng)險(xiǎn)。而電弧光保護(hù)系統(tǒng)的迅速切斷電源可以有效降低這種風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)設(shè)備的完好。

此外，電弧光保護(hù)系統(tǒng)還可以減少人員受傷的可能性。電弧光的高溫、高能量會(huì)對人體造成嚴(yán)重灼傷，甚至引發(fā)火災(zāi)和爆炸。而電弧光保護(hù)系統(tǒng)的快速切斷電源，可以將人員暴露在危險(xiǎn)區(qū)域的時(shí)間降至低，保護(hù)人員的安全。

借助于安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的電弧光保護(hù)系統(tǒng)，我們能夠減少電弧光帶來的危害，保障人員和設(shè)備的安全。該系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力、有效降低事故發(fā)生率和保護(hù)設(shè)備完好的能力值得我們的xinlai。

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審核編輯 黃宇