浅析电弧光保护在变电站中的应用

发布时间：2023-11-28

摘要：电弧保护在变电站运行过程中具有重要意义。本文分析了电力系统中中低压设备的运行问题，提出了电弧保护方法，快速切除变电站运行过程中的故障点，保证变电站的安全稳定运行。

关键字：电弧保护；变电站；安全稳定运行；燃弧耐受时间

引言

在变电站运行过程中，安全性和稳定性是一个重要因素。近年来，由于室内开关柜占地面积小、操作集中、运行维护方便等特点，越来越多的事故因各种原因导致开关设备在变电站运行过程中被严重烧毁。变电站事故处理不当会直接影响变电站运行的安全性和稳定性，导致电网事故不断扩大，不仅会造成严重的经济损失，还会造成人员伤亡。在变电站设计过程中，为了保证变压器、母线和开关设备的安全运行，保护装置按照相关规范进行配置。但目前国内35kV及以下母线一般不配备快速母线保护，而是通过变压器的后备过流保护来切除母线故障，后备保护动作至少切除故障时间为0.5。s，因此，对设备的损坏程度增加。所以，在变电站低压开关柜中配置电弧保护，一旦出现故障，可及时切除故障，防止故障进一步扩大。

1中低压开关柜设备运行过程中存在的问题及运行要求

1.1开关柜设备运行过程中存在的问题

在变电站设计过程中，母线将设置在110kV及以上的母线上。电压等级在35kV及以下的母线系统一般不配备快速母线保护，而是依靠上变压器的后备过流保护来切除母线短路故障，导致故障切除时间延长，设备损坏程度增加。

母线在设备使用过程中运行频繁，设备绝缘老化、机械磨损是不可避免的现象。如果运行条件发生变化，人为操作失误，母线故障率会上升，对变电站的运行存在安全隐患。

1.2开关柜安全运行要求

（1）开关柜内部的电弧耐受时间。按照IEC298标准，开关柜内部的电弧耐受时间为100ms。目前市场上销售的开关柜都是按照这个标准的要求设计的，开关柜使用过程中可以承受的电弧燃烧时间为100ms。由于电弧光故障通常发生在断路器运行前，故障短路电弧始终处于燃烧状态，保护运行时间与断路器分闸时间之和是电弧燃烧的持续时间。因此，从保护开关柜的角度来看，保护动作应在100ms内快速响应，以防止电弧短路故障。

（2）开关柜弧线故障保护。除加强开关柜结构外，还应对母线配置进行快速保护，在开关柜耐受弧线时间内切除故障，从根本上限制故障电弧，对开关设备的损坏和人员安全造成危害。

2电弧光母线保护系统

电弧保护是一种快速可靠的母线保护系统。根据检测电弧和过流的原理，可以快速响应变电站的故障，适用于各种运行方式，为变电站的低压母线保护提供了解决方案。电弧保护系统主要包括以下几个方面:

2.1主单元

主单元是电弧保护系统的主要组成部分，主要检测短路电流和电弧传感器的运动信息，处理和判断收集到的故障信息，从而发出故障处理信号，切除故障。电弧保护系统只有在同时检测到电弧和过流时才会发出相应的切断闸指令。如果进线断路器没有及时移动切除故障，系统将启动断路器的失灵保护逻辑，发出跳闸指令，跳过上级断路器进行故障切除。此外，电弧保护系统的主单元将根据辅助单元传输的电弧信息确定故障。

2.2辅助单元

电弧保护系统的辅助单元通常安装在开关柜中，每个辅助单元可以连接10个电弧传感器、1个温度传感器和1个便携式电弧传感器。当系统出现电弧故障时，辅助单元可以收集电弧传感器中传输的动作信息，并将其传输给主单元，然后分析并响应故障。辅助单元和电弧传感器的地址号码可以显示在主单元中，有助于及时解除故障。

2.3弧光传感器

弧光传感器是感应故障的主要组成部分，安装在开关柜的每个间隔室。弧光传感器是光感应元件。如果出现弧光故障，光强度会大大增加，传感器会检测光强度，将光信号转换成电流信号，并传输到辅助单元。

2.4电流单元

电流单元主要检测系统中的电流变量，并将其发送到主控单元，对这些数据进行分析和处理，然后将处理结果作为判断系统电流的依据。

2.5电弧保护系统

该系统采用弧光检测和过流检测的方法，实现对整个变电站运行设备的双重检测和判断。如果同时检测到弧光和电流增量信号，说明设备和系统出现故障，需要快速启动继电器，发出跳闸指令。当系统只检测到其中一个信号时，只需发出报警信号，通知技术人员系统出现故障。

安装电弧保护装置的设备和系统具有断路器故障保护功能，即当进线断路器拒动时，会发出越级跳闸信号，从而切断上短路信号，保证系统的稳定运行。

3电弧保护在变电站中的应用

本论文以某变电站为例，分析和探讨了电弧保护在变电站中的应用。

ARB5型弧光保护系统用于某变电站的安装，近年来系统运行非常稳定可靠，在保护母线方面发挥了重要作用。本工程的接线方式为2条电源进线，单母分段，共有14面开关柜和2座母线桥。弧形保护配置主要有：ARB5主控单元，16个光探头，300米光纤。在10kV进线柜的面板上安装主控单元，在14面柜和两个母线槽中安装光探头。安装本工程时，在运行过程中的变电站上安装弧光设备。因此，由于停电时间短，需要提前做好准备，以确保安装调试工作能够完成。安装步骤主要包括以下几个方面：(1)根据变电站安装弧光系统的实际情况，由弧光系统设备制造商的设计者设计电气安装图纸，将图纸提供给变电站相关技术人员进行审核，并根据变电站的实际情况进行改进，直至图纸符合要求。(2)准备安装所需的辅助材料和配件。变电站应根据设计师提供的图纸，提前在开关柜上打开设备和压板安装孔，为安装做好准备。变电站确定停电时间后，应提前通知厂家，由厂家安排技术人员到现场配合安装。变电站停电时要考虑综合因素，确定具体时间。(4)主控制装置应在停电前一天安装。停电后，变电站技术人员应安排常见的弧形设备技术人员，打开开关柜门，安装后及时关闭柜门。(5)电源的进线、母线和总控制单元之间的CT线可以在变电站技术人员的帮助下敷设，变电站也应敷设弧形保护出口的跳开关。(6)制造商的技术人员应完成具体的安装和调试过程。(7)所有设备调试完毕后，由厂家技术人员对变电站技术人员进行培训。训练结束后要进行测试，测试合格后才能完成整个项目。

在本项目中，电弧保护系统应根据实际系统的实际情况，在技术方面，电弧保护装置应能提供“故障报警信号”、将“故障动作信号”发送到计算机监控系统，有助于计算机监控系统及时发现变电站设备运行过程中的故障和问题，提高解决效率，减少对电力传输的影响。同时，电弧保护的出口跳闸继电器应满足不低于5W的启动功率、动作电压在55-70之间，动作时间不小于10ms。

安装弧光保护系统时，应遵循一定的技术规范：(1)安装KGN柜。安装KGN橱柜时，应按照保护母线隔断室和母线侧隔离刀闸室的原则，安装在橱柜上部和中部，既能保证足够的绝缘距离，又能有足够的角度检测橱柜内的弧线是否符合要求。对于本项目35kV的开关柜，应在母线隔断室和母线侧隔离闸室安装弧形传感器。如果是10kV，如果母线和母线侧隔离闸同时在一个房间，则只需安装弧形传感器。如果母线和母线侧隔离闸不在同一个房间，则需要单独安装弧形传感器。(2)安装KYN柜。安装KYNN柜时，只能安装在母线隔间内，安装在上中间，既能保证足够的绝缘距离，又能保证柜内的弧线能及时检测到。(3)为避免电弧保护的无选择性跳闸，应进一步简化二次电路，变电站35kV和10kV母线应分列运行。(4)新建变电站在投产前应安装相应的电弧保护装置，运行变电站可根据开关柜的大修情况，安装电弧保护装置。

4安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明

ARB5-弧光主控单元