摘要：電弧保護(hù)在變電站運(yùn)行過程中具有重要意義。本文分析了電力系統(tǒng)中中低壓設(shè)備的運(yùn)行問題，提出了電弧保護(hù)方法，快速切除變電站運(yùn)行過程中的故障點(diǎn)，保證變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵字：電弧保護(hù)；變電站；安全穩(wěn)定運(yùn)行；燃弧耐受時(shí)間

引言

在變電站運(yùn)行過程中，安全性和穩(wěn)定性是一個(gè)重要因素。近年來，由于室內(nèi)開關(guān)柜占地面積小、操作集中、運(yùn)行維護(hù)方便等特點(diǎn)，越來越多的事故因各種原因?qū)е麻_關(guān)設(shè)備在變電站運(yùn)行過程中被嚴(yán)重?zé)龤?。變電站事故處理不?dāng)會(huì)直接影響變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致電網(wǎng)事故不斷擴(kuò)大，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)造成人員傷亡。在變電站設(shè)計(jì)過程中，為了保證變壓器、母線和開關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行，保護(hù)裝置按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行配置。但目前國內(nèi)35kV及以下母線一般不配備快速母線保護(hù)，而是通過變壓器的后備過流保護(hù)來切除母線故障，后備保護(hù)動(dòng)作至少切除故障時(shí)間為0.5。s，因此，對(duì)設(shè)備的損壞程度增加。所以，在變電站低壓開關(guān)柜中配置電弧保護(hù)，一旦出現(xiàn)故障，可及時(shí)切除故障，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

1中低壓開關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行過程中存在的問題及運(yùn)行要求

1.1開關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行過程中存在的問題

在變電站設(shè)計(jì)過程中，母線將設(shè)置在110kV及以上的母線上。電壓等級(jí)在35kV及以下的母線系統(tǒng)一般不配備快速母線保護(hù)，而是依靠上變壓器的后備過流保護(hù)來切除母線短路故障，導(dǎo)致故障切除時(shí)間延長，設(shè)備損壞程度增加。

母線在設(shè)備使用過程中運(yùn)行頻繁，設(shè)備絕緣老化、機(jī)械磨損是不可避免的現(xiàn)象。如果運(yùn)行條件發(fā)生變化，人為操作失誤，母線故障率會(huì)上升，對(duì)變電站的運(yùn)行存在安全隱患。

1.2開關(guān)柜安全運(yùn)行要求

（1）開關(guān)柜內(nèi)部的電弧耐受時(shí)間。按照IEC298標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)柜內(nèi)部的電弧耐受時(shí)間為100ms。目前市場(chǎng)上銷售的開關(guān)柜都是按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)計(jì)的，開關(guān)柜使用過程中可以承受的電弧燃燒時(shí)間為100ms。由于電弧光故障通常發(fā)生在斷路器運(yùn)行前，故障短路電弧始終處于燃燒狀態(tài)，保護(hù)運(yùn)行時(shí)間與斷路器分閘時(shí)間之和是電弧燃燒的持續(xù)時(shí)間。因此，從保護(hù)開關(guān)柜的角度來看，保護(hù)動(dòng)作應(yīng)在100ms內(nèi)快速響應(yīng)，以防止電弧短路故障。

（2）開關(guān)柜弧線故障保護(hù)。除加強(qiáng)開關(guān)柜結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)對(duì)母線配置進(jìn)行快速保護(hù)，在開關(guān)柜耐受弧線時(shí)間內(nèi)切除故障，從根本上限制故障電弧，對(duì)開關(guān)設(shè)備的損壞和人員安全造成危害。

2電弧光母線保護(hù)系統(tǒng)

電弧保護(hù)是一種快速可靠的母線保護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)檢測(cè)電弧和過流的原理，可以快速響應(yīng)變電站的故障，適用于各種運(yùn)行方式，為變電站的低壓母線保護(hù)提供了解決方案。電弧保護(hù)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)方面:

2.1主單元

主單元是電弧保護(hù)系統(tǒng)的主要組成部分，主要檢測(cè)短路電流和電弧傳感器的運(yùn)動(dòng)信息，處理和判斷收集到的故障信息，從而發(fā)出故障處理信號(hào)，切除故障。電弧保護(hù)系統(tǒng)只有在同時(shí)檢測(cè)到電弧和過流時(shí)才會(huì)發(fā)出相應(yīng)的切斷閘指令。如果進(jìn)線斷路器沒有及時(shí)移動(dòng)切除故障，系統(tǒng)將啟動(dòng)斷路器的失靈保護(hù)邏輯，發(fā)出跳閘指令，跳過上級(jí)斷路器進(jìn)行故障切除。此外，電弧保護(hù)系統(tǒng)的主單元將根據(jù)輔助單元傳輸?shù)碾娀⌒畔⒋_定故障。

2.2輔助單元

電弧保護(hù)系統(tǒng)的輔助單元通常安裝在開關(guān)柜中，每個(gè)輔助單元可以連接10個(gè)電弧傳感器、1個(gè)溫度傳感器和1個(gè)便攜式電弧傳感器。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)電弧故障時(shí)，輔助單元可以收集電弧傳感器中傳輸?shù)膭?dòng)作信息，并將其傳輸給主單元，然后分析并響應(yīng)故障。輔助單元和電弧傳感器的地址號(hào)碼可以顯示在主單元中，有助于及時(shí)解除故障。

2.3弧光傳感器

弧光傳感器是感應(yīng)故障的主要組成部分，安裝在開關(guān)柜的每個(gè)間隔室。弧光傳感器是光感應(yīng)元件。如果出現(xiàn)弧光故障，光強(qiáng)度會(huì)大大增加，傳感器會(huì)檢測(cè)光強(qiáng)度，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，并傳輸?shù)捷o助單元。

2.4電流單元

電流單元主要檢測(cè)系統(tǒng)中的電流變量，并將其發(fā)送到主控單元，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，然后將處理結(jié)果作為判斷系統(tǒng)電流的依據(jù)。

2.5電弧保護(hù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用弧光檢測(cè)和過流檢測(cè)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站運(yùn)行設(shè)備的雙重檢測(cè)和判斷。如果同時(shí)檢測(cè)到弧光和電流增量信號(hào)，說明設(shè)備和系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要快速啟動(dòng)繼電器，發(fā)出跳閘指令。當(dāng)系統(tǒng)只檢測(cè)到其中一個(gè)信號(hào)時(shí)，只需發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知技術(shù)人員系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

安裝電弧保護(hù)裝置的設(shè)備和系統(tǒng)具有斷路器故障保護(hù)功能，即當(dāng)進(jìn)線斷路器拒動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)出越級(jí)跳閘信號(hào)，從而切斷上短路信號(hào)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3電弧保護(hù)在變電站中的應(yīng)用

本論文以某變電站為例，分析和探討了電弧保護(hù)在變電站中的應(yīng)用。

ARB5型弧光保護(hù)系統(tǒng)用于某變電站的安裝，近年來系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定可靠，在保護(hù)母線方面發(fā)揮了重要作用。本工程的接線方式為2條電源進(jìn)線，單母分段，共有14面開關(guān)柜和2座母線橋?；⌒伪Ｗo(hù)配置主要有：ARB5主控單元，16個(gè)光探頭，300米光纖。在10kV進(jìn)線柜的面板上安裝主控單元，在14面柜和兩個(gè)母線槽中安裝光探頭。安裝本工程時(shí)，在運(yùn)行過程中的變電站上安裝弧光設(shè)備。因此，由于停電時(shí)間短，需要提前做好準(zhǔn)備，以確保安裝調(diào)試工作能夠完成。安裝步驟主要包括以下幾個(gè)方面：(1)根據(jù)變電站安裝弧光系統(tǒng)的實(shí)際情況，由弧光系統(tǒng)設(shè)備制造商的設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)電氣安裝圖紙，將圖紙?zhí)峁┙o變電站相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行審核，并根據(jù)變電站的實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，直至圖紙符合要求。(2)準(zhǔn)備安裝所需的輔助材料和配件。變電站應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)師提供的圖紙，提前在開關(guān)柜上打開設(shè)備和壓板安裝孔，為安裝做好準(zhǔn)備。變電站確定停電時(shí)間后，應(yīng)提前通知廠家，由廠家安排技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)配合安裝。變電站停電時(shí)要考慮綜合因素，確定具體時(shí)間。(4)主控制裝置應(yīng)在停電前一天安裝。停電后，變電站技術(shù)人員應(yīng)安排常見的弧形設(shè)備技術(shù)人員，打開開關(guān)柜門，安裝后及時(shí)關(guān)閉柜門。(5)電源的進(jìn)線、母線和總控制單元之間的CT線可以在變電站技術(shù)人員的幫助下敷設(shè)，變電站也應(yīng)敷設(shè)弧形保護(hù)出口的跳開關(guān)。(6)制造商的技術(shù)人員應(yīng)完成具體的安裝和調(diào)試過程。(7)所有設(shè)備調(diào)試完畢后，由廠家技術(shù)人員對(duì)變電站技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)。訓(xùn)練結(jié)束后要進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試合格后才能完成整個(gè)項(xiàng)目。

在本項(xiàng)目中，電弧保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)際情況，在技術(shù)方面，電弧保護(hù)裝置應(yīng)能提供“故障報(bào)警信號(hào)"、將“故障動(dòng)作信號(hào)"發(fā)送到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，有助于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備運(yùn)行過程中的故障和問題，提高解決效率，減少對(duì)電力傳輸?shù)挠绊?。同時(shí)，電弧保護(hù)的出口跳閘繼電器應(yīng)滿足不低于5W的啟動(dòng)功率、動(dòng)作電壓在55-70之間，動(dòng)作時(shí)間不小于10ms。

安裝弧光保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循一定的技術(shù)規(guī)范：(1)安裝KGN柜。安裝KGN櫥柜時(shí)，應(yīng)按照保護(hù)母線隔斷室和母線側(cè)隔離刀閘室的原則，安裝在櫥柜上部和中部，既能保證足夠的絕緣距離，又能有足夠的角度檢測(cè)櫥柜內(nèi)的弧線是否符合要求。對(duì)于本項(xiàng)目35kV的開關(guān)柜，應(yīng)在母線隔斷室和母線側(cè)隔離閘室安裝弧形傳感器。如果是10kV，如果母線和母線側(cè)隔離閘同時(shí)在一個(gè)房間，則只需安裝弧形傳感器。如果母線和母線側(cè)隔離閘不在同一個(gè)房間，則需要單獨(dú)安裝弧形傳感器。(2)安裝KYN柜。安裝KYNN柜時(shí)，只能安裝在母線隔間內(nèi)，安裝在上中間，既能保證足夠的絕緣距離，又能保證柜內(nèi)的弧線能及時(shí)檢測(cè)到。(3)為避免電弧保護(hù)的無選擇性跳閘，應(yīng)進(jìn)一步簡化二次電路，變電站35kV和10kV母線應(yīng)分列運(yùn)行。(4)新建變電站在投產(chǎn)前應(yīng)安裝相應(yīng)的電弧保護(hù)裝置，運(yùn)行變電站可根據(jù)開關(guān)柜的大修情況，安裝電弧保護(hù)裝置。

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

（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(qǐng)?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)

6安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

7結(jié)束語

綜上所述，采用電弧光保護(hù)系統(tǒng)對(duì)變電站進(jìn)行保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)間為5-7ms，可以迅速實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yùn)行的安全性和運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐成靜.電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用．

[2] 吳海莉，胡發(fā)明.應(yīng)用于110kV變電站的電弧光保護(hù)系統(tǒng)[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（12）.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5（版）.