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,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。本文針對變電站中低壓開關(guān)柜的運行特點,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與過流檢測的雙重判據(jù)保護方案,并結(jié)合實際案例,詳細(xì)闡述了電弧光保護系統(tǒng)的配置方案、安裝調(diào)試以及優(yōu)化設(shè)計。本文旨在為變電站中低壓開關(guān)柜的電弧光保護提供參考,以提高變電站的安全穩(wěn)定運行水平。
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、維護方便等優(yōu)點,但也帶來了新的安全隱患:
電弧光故障風(fēng)險增加: 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。
故障檢測與切除難度大: 開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障檢測和故障點定位難度大,傳統(tǒng)保護裝置難以滿足快速切除故障的要求。
據(jù)統(tǒng)計,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)定運行,亟需一種快速、可靠的電弧光保護方案。
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。
機械故障: 開關(guān)觸頭接觸不良、機構(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: 動物進(jìn)入、設(shè)備振動等也可能引發(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)和爆炸事故會進(jìn)一步擴大事故范圍,造成更嚴(yán)重的后果。
人員傷亡: 電弧光產(chǎn)生的強光、高溫、煙霧和有毒氣體會對現(xiàn)場人員造成傷害。
2 電弧光保護方案設(shè)計
為了有效應(yīng)對電弧光故障,本文提出了一種基于電弧光檢測與過流檢測的雙重判據(jù)保護方案。
2.1 保護原理
電弧光檢測: 利用弧光傳感器檢測開關(guān)柜內(nèi)部的光強變化,當(dāng)光強超過設(shè)定閾值時,判斷為發(fā)生電弧光故障。
過流檢測: 利用電流互感器檢測線路電流,當(dāng)電流超過設(shè)定閾值時,判斷為發(fā)生故障。
雙重判據(jù): 只有同時滿足電弧光檢測和過流檢測條件時,保護裝置才會發(fā)出跳閘指令,切除故障。
2.2 系統(tǒng)組成
電弧光保護系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成:
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,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)檢測電弧光信號。
電流互感器: 安裝在母線或饋線上,負(fù)責(zé)檢測線路電流。
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: 當(dāng)斷路器拒動時,啟動斷路器失靈保護邏輯,跳開上一級斷路器。
2.3 動作邏輯
1.弧光傳感器檢測到電弧光信號,傳輸給主控單元。
2.電流互感器檢測到過流信號,傳輸給主控單元。
3.主控單元判斷是否同時滿足電弧光檢測和過流檢測條件。
如果是,發(fā)出跳閘指令,切除故障。
如果否,發(fā)出報警信號,通知運維人員。
3 電弧光保護在變電站中的應(yīng)用案例
3.1 項目概況
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 個母線橋。為提高變電站的安全運行水平,該變電站安裝了 ARB5 型電弧光保護系統(tǒng)。
3.2 系統(tǒng)配置
主控單元: 一臺 ARB5 主控單元,安裝在 10kV 進(jìn)線柜的面板上。
弧光傳感器: 16 個光探頭,分別安裝在 14 面開關(guān)柜以及兩個母線橋中。
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.確定停電時間,并安排廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場配合安裝。
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)試和測試。
7.對變電站技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn),并進(jìn)行驗收。
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。
二次回路簡化: 避免電弧光保護的無選擇性跳閘,采用分列運行方式。
新建變電站: 投產(chǎn)前應(yīng)裝設(shè)電弧光保護裝置。
運行變電站: 可結(jié)合開關(guān)柜大修情況,裝設(shè)電弧光保護裝置。
4 電弧光保護的優(yōu)化設(shè)計
4.1 提高保護可靠性
冗余設(shè)計: 采用雙主控單元、雙弧光傳感器等冗余設(shè)計,提高系統(tǒng)可靠性。
自檢功能: 增加系統(tǒng)自檢功能,及時發(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,避免誤動作。
4.2 優(yōu)化保護方案
分區(qū)保護: 根據(jù)開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu),進(jìn)行分區(qū)保護,提高故障定位精度。
選擇性保護: 優(yōu)化保護動作邏輯,實現(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 完善運維管理
定期維護: 定期對電弧光保護系統(tǒng)進(jìn)行維護和檢修,確保其正常運行。
狀態(tài)監(jiān)測: 實時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。
人員培訓(xùn): 加強運維人員培訓(xùn),提高其對電弧光保護系統(tǒng)的操作和維護水平。
5 安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明
ARB5-弧光主控單元
技術(shù)參數(shù)代碼 | 代碼說明 |
弧光主控板數(shù) | |
0 | 0塊主控板,可接0塊采集板信號 |
1 | 1塊主控板,可接6塊采集板信號 |
2 | 2塊主控板,可接12塊采集板信號 |
3 | 3塊主控板,可接18塊采集板信號 |
4 | 4塊主控板,可接24塊采集板信號 |
弧光采集板數(shù) | |
0 | 0塊采集板,可直接采集0個弧光探頭信號 |
1 | 1塊采集板,可直接采集5個弧光探頭信號 |
2 | 2塊采集板,可直接采集10個弧光探頭信號 |
3 | 3塊采集板,可直接采集15個弧光探頭信號 |
4 | 4塊采集板,可直接采集20個弧光探頭信號 |
電流輸入 | |
1 | 1A |
5 | |
電源 | |
1 | 裝置電源為DC110V,開入電源DC110V |
2 | 裝置電源為DC220V,開入電源DC220V |
3 | 裝置電源為AC110V,開入電源DC24V(裝置自帶) |
4 | 裝置電源為AC220V,開入電源DC24V(裝置自帶) |
電源 | |
0 | 不需要 |
1 | 支持MMS |
2 | 支持MMS,GOOSE |
(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(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。
5.1安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)
型號 | 主要功能 | 技術(shù)參數(shù) |
ARB5-M弧光保護主控單元 | 8組弧光保護 | 可選配4塊采集板,1塊采集板可采集5路探頭,共支持20路弧光探頭直接采集。亦可選配4塊主控板(即可接入4臺ARB5-E擴展單元)1塊主控板可接收6塊采集板的探頭,共支持120路弧光探頭采集。 |
4組失靈保護 | ||
4組電流回路TA監(jiān)測 | ||
4組三相電流采集 | ||
11路可編程跳閘出口 | ||
非電量保護 | ||
裝置故障告警 | ||
2路RS485 | ||
2路以太網(wǎng) | ||
1路打印接口 | ||
1路IRIG-B碼對時接口 | ||
支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103 | ||
支持GOOSE輸入輸出(選配) | ||
ARB5-E弧光保護擴展單元 | 弧光信號采集 | 可選配6塊采集板,1塊采集板可采集5路探頭,共支持30路弧光探頭直接采集。 |
模擬狀態(tài)傳輸 | ||
需要配合ARB5-M主控單元使用 | ||
ARB5-S弧光探頭 | 弧光信號監(jiān)測 | 點式弧光傳感器,可安裝于母線室、電纜室或斷路器室。 |
現(xiàn)場調(diào)試及工程服務(wù)費 | 視項目情況核價 |
5.2安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝
弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。
6 結(jié)束語
綜上所述,采用電弧光保護系統(tǒng)對變電站進(jìn)行保護,其動作時間為5-7ms,可以迅速實現(xiàn)對故障的響應(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行的安全性和運行效率。
審核編輯 黃宇
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開關(guān)柜
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電弧光保護
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