母線弧光保護是電力系統(tǒng)中一種專門用于快速檢測和切除母線故障（特別是由電弧光引起的故障）的重要保護裝置。它是繼電保護系統(tǒng)中的一個特殊類別，屬于“非電量保護”的一種，但通常需要與電氣量保護（如電流）配合使用。
以下是關(guān)于母線弧光保護的詳細(xì)說明：
一、 產(chǎn)生背景與必要性
1.母線的重要性： 母線是變電站或發(fā)電廠中匯集和分配電能的關(guān)鍵節(jié)點。母線故障（尤其是短路故障）影響范圍廣，可能導(dǎo)致大面積停電，甚至損壞昂貴的設(shè)備（如變壓器、斷路器）。
2.傳統(tǒng)保護的局限性：
（1）差動保護： 是母線的主保護，原理可靠。但需要采集所有進出線電流，接線復(fù)雜，且對CT飽和、斷線等異常情況敏感，可能需要較長的動作時間（幾十毫秒）。
（2）距離/過流保護： 作為后備保護，動作時間更長（幾百毫秒到秒級）。
3.電弧光的危害性： 母線發(fā)生短路時，特別是金屬性短路或絕緣擊穿，會產(chǎn)生溫度極高（可達(dá)20000°C）、能量巨大的電弧光。其危害包括：
（1）設(shè)備嚴(yán)重?zé)龤В?瞬間燒熔銅排、絕緣材料，損壞開關(guān)柜。
（2）爆炸壓力波： 電弧高溫導(dǎo)致空氣急劇膨脹，產(chǎn)生巨大壓力波（可達(dá)200kPa），可能炸開柜門甚至摧毀整個開關(guān)室，危及人身安全。
（3）有毒氣體和飛濺物： 產(chǎn)生大量有毒氣體（如臭氧、氮氧化物）和熔融金屬飛濺物。
（4）火災(zāi)風(fēng)險： 極易引燃周圍可燃物。
4.對快速性的要求： 研究表明，在電弧光產(chǎn)生后的最初幾毫秒內(nèi)切除故障，能最大程度地限制電弧能量，從而顯著減小設(shè)備損壞程度和爆炸風(fēng)險。 傳統(tǒng)電氣量保護難以滿足這種毫秒級的快速切除要求。
二、 弧光保護的核心原理
母線弧光保護的核心思路是直接檢測電弧光本身（非電量信號）作為主判據(jù)，輔以電流突變（電氣量信號）作為啟動或閉鎖條件，實現(xiàn)極速跳閘。
1.主要判據(jù) - 弧光檢測：
（1）傳感器： 在母線室、開關(guān)柜內(nèi)的關(guān)鍵位置（如母線室、斷路器室、電纜室）安裝弧光傳感器。這些傳感器通常是：
點式傳感器： 安裝在特定監(jiān)測點。
光纖傳感器： 將光纖敷設(shè)在需要監(jiān)測的區(qū)域（如母線槽上方），利用光纖傳導(dǎo)光信號。
（2）原理： 傳感器對電弧產(chǎn)生的強烈可見光（通常集中在紅光到紫外光范圍）非常敏感。一旦檢測到光強度超過預(yù)設(shè)的光強閾值，立即向保護單元發(fā)送信號。
2.輔助判據(jù) - 電流檢測：
（1）目的： 防止因非故障原因（如陽光直射、照明燈故障、檢修時的手電筒光等）引起的誤動作。提高保護的選擇性和可靠性。
（2）原理： 保護單元同時監(jiān)測一個或多個關(guān)鍵饋線的電流（通常是進線或主變低壓側(cè)）。當(dāng)弧光傳感器動作時，保護單元會檢查電流是否同時發(fā)生突變（超過設(shè)定的電流增量閾值）。
（3）邏輯： 通常采用“光強+電流增量”的“與”邏輯作為跳閘判據(jù)。即只有弧光信號強且電流同時發(fā)生顯著增大時，才判定為母線電弧光故障，發(fā)出跳閘命令。
3.極速動作：
(1)整個檢測、判斷、發(fā)出跳閘命令的過程非常快，典型動作時間在4ms - 8ms 以內(nèi)（從電弧產(chǎn)生到發(fā)出跳閘信號）。
(2)加上斷路器本身的固有分閘時間（幾十毫秒），總的故障切除時間遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)保護，能有效限制電弧能量。
三、 系統(tǒng)組成
典型的母線弧光保護系統(tǒng)包括：
1.弧光傳感器： 安裝在各個需要監(jiān)測的隔室。
2.主控單元：
(1)接收來自所有傳感器的弧光信號。
(2)接收來自電流互感器（CT）的電流信號（通常通過輔助CT接入）。
(3)執(zhí)行“光強+電流增量”的邏輯判斷。
(4)發(fā)出跳閘命令。
(5)提供人機界面（顯示、按鍵）、通信接口、事件記錄、自檢等功能。
3.電流互感器： 用于測量輔助判據(jù)所需的電流信號。
4.跳閘輸出單元： 主控單元發(fā)出的跳閘命令通過繼電器觸點輸出，直接跳開連接至該母線的所有電源進線斷路器（如主變低壓側(cè)斷路器、母聯(lián)/分段斷路器、饋線/電容器斷路器（可選））。
5.(可選) 輔助單元： 在大型或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電系統(tǒng)中，可能需要擴展單元來處理更多的傳感器信號。
四、 主要優(yōu)點
1.動作速度極快： 毫秒級動作，最大限度限制電弧能量和破壞力，保護設(shè)備和人員安全。
2.原理簡單可靠： 直接檢測故障源（電弧光），不受CT飽和、系統(tǒng)振蕩、諧波等因素影響。
3.顯著減少設(shè)備損壞： 快速切除故障，大大降低了開關(guān)柜燒毀、爆炸的風(fēng)險，節(jié)省昂貴的維修或更換費用。
4.減少停電范圍和時間： 快速隔離故障母線，防止故障蔓延，有利于系統(tǒng)快速恢復(fù)。
5.提高人身安全性： 降低爆炸、火災(zāi)、有毒氣體對現(xiàn)場人員的傷害風(fēng)險。
6.安裝相對簡便： 傳感器安裝靈活，無需像母線差動那樣接入所有回路的CT二次線。
五、 應(yīng)用場景
弧光保護特別適用于以下場合：
1.中低壓開關(guān)柜： 如6kV, 10kV, 35kV的金屬封閉開關(guān)設(shè)備（鎧裝柜、中置柜、環(huán)網(wǎng)柜等）。這些柜體空間相對狹小，電弧危害更大。
2.重要廠站母線： 如發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)、大型工礦企業(yè)的主配電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、軌道交通牽引供電系統(tǒng)等對供電連續(xù)性和設(shè)備安全性要求極高的場所。
3.存在高故障風(fēng)險或傳統(tǒng)保護受限的母線：
(1)老舊開關(guān)柜，絕緣可能存在隱患。
(2)運行環(huán)境惡劣（潮濕、粉塵、小動物易侵入）。
(3)母線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，差動保護實現(xiàn)困難或可靠性不高。
六、 與母線差動保護的關(guān)系
1.不是替代，而是補充與加強： 弧光保護不是用來取代母線差動保護的。差動保護仍是基于電氣量原理、選擇性好、可靠性高的主保護。
2.專注于快速限制電弧危害： 弧光保護的核心價值在于其對電弧光故障的超高速切除能力，這是差動保護無法企及的。它專注于在故障發(fā)生的初始階段就將其扼殺，最大限度降低物理破壞。
3.協(xié)同工作： 理想的母線保護配置是差動保護作為主保護（選擇性跳閘）+ 弧光保護作為快速后備/輔助保護（快速切除以限制損害）。兩者配合，既保證了選擇性，又最大限度地提高了安全性。
母線弧光保護是一種利用電弧光本身作為主要檢測對象、結(jié)合電流變化作為輔助判據(jù)的超高速保護裝置。其核心目標(biāo)是在母線發(fā)生短路故障產(chǎn)生破壞性電弧的初期（毫秒級）就迅速切斷電源，從而最大程度地限制電弧能量釋放，保護開關(guān)柜等設(shè)備免遭嚴(yán)重?zé)龤Ш捅ǎＵ先松戆踩Ｋ乾F(xiàn)代中低壓重要配電系統(tǒng)中，尤其是開關(guān)柜內(nèi)，保障設(shè)備和運行人員安全的一道至關(guān)重要的防線，是傳統(tǒng)電氣量母線保護（如差動保護）的重要補充和加強。