龔永波
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：闡述弧光短路在配電網(wǎng)中的危害性，介紹弧光短路的發(fā)生機(jī)理及主要影響因素，指
出電弧光保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)、構(gòu)成、作用以及電弧光保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用情況。應(yīng)用結(jié)果表明：電弧光保護(hù)裝置運(yùn)行可靠，模擬試驗(yàn)動(dòng)作正確。
關(guān)鍵詞：弧光短路；電孤光保護(hù)；廠用電系統(tǒng)
0前言
眾所周知，弧光短路是配電網(wǎng)中嚴(yán)重的故障。尤其是發(fā)生在中、低壓開關(guān)柜內(nèi)部時(shí)，由于電弧電阻原因，短路電流往往無法達(dá)到過流速斷整定值，因而不能動(dòng)作決速切斷故障，電弧持續(xù)燃燒釋放巨大，將造成開關(guān)柜被嚴(yán)重?zé)龤У臑?zāi)難性后果。開關(guān)柜的弧光短路故障，往往由于未得到及時(shí)，將發(fā)展為母線故障，其危害是非常嚴(yán)重的，可能造成發(fā)電廠廠用電瓦解、重要用戶停電，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致多組開關(guān)柜同時(shí)燒毀的“火燒連營”事故等。近年來，因母線故障造成巨大短路電流沖擊導(dǎo)致變壓器損壞也不少見，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。
1弧光短路發(fā)生的機(jī)理及影響
1.1弧光放電發(fā)生的機(jī)理
當(dāng)兩電間電壓升高時(shí)，電近處空氣中的正負(fù)離子被電場加速，并在移動(dòng)過程中與其他空氣分子碰撞產(chǎn)生新的離子，這種離子大量增加的現(xiàn)象稱為電離。當(dāng)空氣被電離時(shí)，溫度隨之急劇上升產(chǎn)生電弧，這種放電稱為弧光放電。弧光放電一般不需要很高的電壓，屬于低電壓大電流放電。
1.2中低壓開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生弧光短路的主要因素
(1)使用了性能不良的導(dǎo)電體。
(2)絕緣損壞(包括老化、受潮、裂痕等)。
(3)人體或其他物品意外接觸到帶電部位。
(4)操作過程中的失誤或者設(shè)計(jì)、安裝錯(cuò)誤。
(5)元件損壞，沒有良好的維修和保養(yǎng)設(shè)備。
(6)過電壓。
(7)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變(系統(tǒng)容量、電纜應(yīng)用增多)。
1.3不同燃弧時(shí)間與設(shè)備損壞程度的關(guān)系
根據(jù)搜集到的國外資料，不同燃弧時(shí)問對設(shè)備
造成的損壞程度如下：
(1)35ms：沒有顯著的損壞，一般可在檢驗(yàn)絕緣電阻合格后投入使用；
(2)1001TIS：損壞較小，在開關(guān)柜再次投入運(yùn)行前需要進(jìn)行清潔或小修；
(3)500Iris：設(shè)備損壞很嚴(yán)重，現(xiàn)場人員也受到嚴(yán)重傷害，更換部分設(shè)備才可再投入運(yùn)行。
因此，切斷弧光短路故障的時(shí)間非常關(guān)鍵，只有速度更快的保護(hù)系統(tǒng)才能提供更的保護(hù)，在弧光短路故障時(shí)保護(hù)人和設(shè)備的安全。
2電弧光保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展及作用
2.1電弧光保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展
近年來，隨著國內(nèi)電力工業(yè)的高速發(fā)展，中、低壓開關(guān)柜的應(yīng)用數(shù)量越來越多，因開關(guān)柜弧光短路故障而引發(fā)的中、低壓母線故障日益增多。鑒于用戶對供電可靠性的要求越來越高，國內(nèi)專家一直強(qiáng)調(diào)裝設(shè)專用中、低壓母線保護(hù)的重要性，用戶也希望能提供一種造價(jià)較低、原理簡單、適用于6—35kV的母線保護(hù)，以大限度地減少母線故障
對設(shè)備及人員的危害，提高供電可靠性。在這種背景下，電弧光保護(hù)系統(tǒng)在我國電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
2.2電弧光保護(hù)的作用
(1)保護(hù)附近工作人員免受電弧短路故障造成的傷害。
(2)保護(hù)中、低壓開關(guān)設(shè)備免受嚴(yán)重?fù)p壞，防止火災(zāi)事故的發(fā)生。
(3)保護(hù)昂貴的主變壓器或廠用變壓器免受短路電流沖擊而損壞。
(4)防止波及站用直流系統(tǒng)，避免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
(5)大限度地減少用戶的停電時(shí)間，將用戶的停電恢復(fù)時(shí)問由原來的2天至3個(gè)星期減少到幾個(gè)小時(shí)。
(6)延長現(xiàn)有開關(guān)設(shè)備的使用壽命，推遲更換開關(guān)設(shè)備的時(shí)間。
3電弧光保護(hù)系統(tǒng)及其實(shí)際應(yīng)用
某廠6kV開關(guān)柜采用ARB5光電式電弧光保護(hù)系統(tǒng)，其工作原理是：采用電弧光傳感器監(jiān)測電弧光信號，配合過流判斷故障，其可控硅出口小于lms，快速繼電器出口小于8ms以及斷路器3560ms的跳閘時(shí)間，從而保護(hù)開關(guān)設(shè)備。
3.1電弧光保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)
(1)采用電弧光及過流雙判據(jù)原理。
(2)連續(xù)的自我檢測。
(3)采用光纖傳輸跳閘指令，可控硅高速出口和快速繼電器出口相結(jié)合，動(dòng)作時(shí)間小于8ms。
(4)主輔元件分離，單系統(tǒng)可以保護(hù)256個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。
(5)輸入輸出均可編程，配置靈活，適合任何復(fù)雜工況。
(6)顯示故障位置，便于故障處理，大地提高了供電恢復(fù)速度。
3.2電弧光保護(hù)系統(tǒng)的組成
電弧光保護(hù)系統(tǒng)由1個(gè)電弧光主控單元、1個(gè)電源模塊、2個(gè)電流輔助單元、1個(gè)弧光單元和若干電弧光傳感器(按間隔量配置)組成。
將電弧光傳感器安裝在開關(guān)柜母線室內(nèi)，確保母線室內(nèi)發(fā)生弧光短路故障時(shí)能探測到弧光。信號通過光纖和數(shù)據(jù)線傳輸?shù)街骺貑卧骺貑卧罁?jù)設(shè)定邏輯，判斷是否發(fā)出跳閘指令。弧光單元安裝在某個(gè)選定的開關(guān)柜中，選擇原則是保證該單元與主控單元和各個(gè)開關(guān)柜里裝設(shè)的電弧光傳感器的連接線距離較短。
3.3電弧光保護(hù)的邏輯
(1)6kV段任一開關(guān)柜的母線室產(chǎn)生弧光(現(xiàn)場試驗(yàn)用手電筒光源模擬)，主控單元都能發(fā)出光報(bào)警(綠燈變紅燈閃爍)，并能顯示相應(yīng)正確的地址，但不發(fā)送跳閘信號。
(2)6kV段工作電源進(jìn)線柜或備用電源進(jìn)線柜三相電流中的任何一相出現(xiàn)過流情況(現(xiàn)場試驗(yàn)采用繼電保護(hù)測試儀給電流的方式模擬)，主控單元都能發(fā)出過流報(bào)警(綠燈變紅燈閃爍)，并能顯示相應(yīng)正確的地址，但不發(fā)送跳閘信號。
(3)6kV段任一開關(guān)柜的母線室產(chǎn)生弧光，同時(shí)工作電源進(jìn)線柜或備用電源進(jìn)線柜三相電流中的任一相出現(xiàn)過流情況(試驗(yàn)?zāi)M方法同上)，主控單元都能發(fā)出光報(bào)警和過流報(bào)警，并能顯示相應(yīng)正確的地址，同時(shí)送出相應(yīng)的跳閘信號。
(4)工作電源進(jìn)線柜任何一相給過流信號并同時(shí)在任一個(gè)弧光通道給弧光信號時(shí)，主控單元發(fā)跳閘信號給工作電源進(jìn)線柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。
(5)備用電源進(jìn)線柜任何一相給過流信號并同時(shí)在任一個(gè)弧光通道給弧光信號時(shí)，主控單元發(fā)跳閘信號給備用電源進(jìn)線柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。
4安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說明
ARB5-弧光主控單元
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技術(shù)參數(shù)代碼 |
代碼說明 |
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弧光主控板數(shù) |
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0 |
0塊主控板，可接0塊采集板信號 |
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1 |
1塊主控板，可接6塊采集板信號 |
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2 |
2塊主控板，可接12塊采集板信號 |
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3 |
3塊主控板，可接18塊采集板信號 |
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4 |
4塊主控板，可接24塊采集板信號 |
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弧光采集板數(shù) |
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0 |
0塊采集板，可直接采集0個(gè)弧光探頭信號 |
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1 |
1塊采集板，可直接采集5個(gè)弧光探頭信號 |
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2 |
2塊采集板，可直接采集10個(gè)弧光探頭信號 |
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3 |
3塊采集板，可直接采集15個(gè)弧光探頭信號 |
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4 |
4塊采集板，可直接采集20個(gè)弧光探頭信號 |
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電流輸入 |
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1 |
1A |
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5 |
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電源 |
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1 |
裝置電源為DC110V，開入電源DC110V |
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2 |
裝置電源為DC220V，開入電源DC220V |
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3 |
裝置電源為AC110V，開入電源DC24V（裝置自帶） |
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4 |
裝置電源為AC220V，開入電源DC24V（裝置自帶） |
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電源 |
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0 |
不需要 |
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1 |
支持MMS |
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2 |
支持MMS，GOOSE |
（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。
5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)
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型號 |
主要功能 |
技術(shù)參數(shù) |
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8組弧光保護(hù) |
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(kuò)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。 |
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4組失靈保護(hù) |
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4組電流回路TA監(jiān)測 |
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4組三相電流采集 |
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11路可編程跳閘出口 |
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非電量保護(hù) |
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裝置故障告警 |
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2路RS485 |
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2路以太網(wǎng) |
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1路打印接口 |
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1路IRIG-B碼對時(shí)接口 |
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支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103 |
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支持GOOSE輸入輸出（選配） |
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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。 |
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模擬狀態(tài)傳輸 |
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需要配合ARB5-M主控單元使用 |
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弧光信號監(jiān)測 |
點(diǎn)式弧光傳感器，可安裝于 母線室、電纜室或斷路器室。 |
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現(xiàn)場調(diào)試及工程 |
視項(xiàng)目情況核價(jià) |
6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。
7結(jié)束語
該廠機(jī)組6kV廠用電系統(tǒng)共有4段母線，每段母線均配有該電弧光保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)2010年投入運(yùn)行以來，其6kV廠用電系統(tǒng)未發(fā)生過電弧光短路事故；但從機(jī)組大修時(shí)的檢測報(bào)告來看，電弧光保護(hù)裝置均能正確動(dòng)作。目前，該廠已將電弧光傳感器的檢查以及整套裝置的試驗(yàn)列為大修中停母線檢修的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，以確保裝置能夠正常運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
[1]許震，丁鑫.電弧光保護(hù)及其在6KV廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用．
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.5（版）.
作者簡介：
龔永波，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，Email: 28801392115@qq.com手機(jī)：18702101301 QQ:2881392115
ARB5-M弧光保護(hù)主控單元
ARB5-E弧光保護(hù)擴(kuò)展單元
ARB5-S弧光探頭