李婧婧
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】：中低壓開關(guān)柜作為電能生產(chǎn)與分配的基礎(chǔ)設(shè)施之一,，使用量逐年增加，并且使用場(chǎng)合的復(fù)雜性也在增加,。成套開關(guān)設(shè)備中母線故障產(chǎn)生的弧光將燒壞其元器件,從而導(dǎo)致事故擴(kuò)大,往往造成較大的經(jīng)濟(jì)損失,而母線弧光保護(hù)正好解決了這個(gè)難題，能夠很好的保護(hù)開關(guān)設(shè)備并降低損失,。
【關(guān)鍵詞】：中低壓開關(guān)柜,；母線故障；弧光保護(hù)
引言
弧光放電不僅會(huì)造成停電事故,，還會(huì)造成設(shè)備性損壞和人身傷害,，帶來不可估量的損失?；」夥烹娛鹿适侵械蛪洪_關(guān)柜內(nèi)嚴(yán)重的事故之一,，本文就幾個(gè)方面來探討中低壓母線裝設(shè)弧光保護(hù)的必要性。
1重視中低壓母線故障的原因
我國(guó)電力發(fā)展建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入大電網(wǎng),、大機(jī)組,、壓輸電階段，并且對(duì)發(fā)電機(jī)組的容量要求越來越高,，這對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行提出了更高的要求,，因?yàn)閱闻_(tái)大機(jī)組的運(yùn)行情況，會(huì)直接影響到整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性,、性以及經(jīng)濟(jì)性,。同時(shí)，發(fā)電廠的用電系統(tǒng)與運(yùn)行,，對(duì)發(fā)電機(jī)組的影響也越來越大。由此可以看出,，如果中低壓母線出現(xiàn)故障,，它會(huì)產(chǎn)生弧光，所產(chǎn)生的弧光對(duì)電力設(shè)備及人本身的影響大，會(huì)造成不同程度的損傷,，有時(shí)還會(huì)引發(fā)“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)",。
現(xiàn)行的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是采用借助于上元件的后備過流的方法來保護(hù),，從而切除中低壓系統(tǒng)母線短路的問題,，這樣的做法存在弊端。電路故障應(yīng)該在盡可能短的時(shí)間得到維修,，而這類保護(hù)方法會(huì)導(dǎo)致維修時(shí)間增長(zhǎng),，對(duì)設(shè)備也有一定的損傷。這些問題如果沒有及時(shí)解決,，還會(huì)引起不同程度的事故,，輕則會(huì)發(fā)展為輸電網(wǎng)故障，重則會(huì)使電力系統(tǒng)出現(xiàn)整體性故障,。
2產(chǎn)生中低壓弧光故障的因素
中低壓電力系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生的弧光故障事故,，多是受到環(huán)境條件的影響，絕緣材料受潮,、設(shè)備表面產(chǎn)生凝露和附著污穢,，從而使設(shè)備絕緣水平下降引發(fā)事故。
（1）弧光產(chǎn)生的技術(shù)原因
設(shè)備故障和帶電設(shè)備的誤操作,，檢修工具遺漏在開關(guān)設(shè)備內(nèi),，錯(cuò)誤的接線和母線連接，絕緣老化和機(jī)械磨損,、過電壓,，小動(dòng)物、灰塵,、溫度,、濕度、腐蝕等環(huán)境因素,，容性接地電流擴(kuò)大等,。
（2）弧光產(chǎn)生的人為原因
誤入帶電間隔，隔離開關(guān)誤操作,，忘記在工作區(qū)接地,，忘記測(cè)量工作區(qū)內(nèi)的高壓等。
除此之外,，電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展,，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)總是在不停地改變，用電負(fù)載在增多,，從而導(dǎo)致電纜增多,，電量超負(fù)荷,，也容易導(dǎo)致故障發(fā)生。
3弧光故障事故的危害
弧光產(chǎn)生的溫度可達(dá)4500℃,，內(nèi)部溫度甚至有10000～20000℃,。弧光產(chǎn)生時(shí)大瞬時(shí)功率可達(dá)到40MW,，弧光光強(qiáng)可超過正常照明光強(qiáng)2000多倍,。因此中低壓開關(guān)柜內(nèi)因故障而產(chǎn)生電弧時(shí)若不能及時(shí)采取有效措施，則會(huì)產(chǎn)生諸多危害,。
（1）對(duì)設(shè)備的危害：電弧發(fā)生時(shí)產(chǎn)生大量高溫高壓氣體,，氣體瞬時(shí)沖擊波可造成開關(guān)柜體變形、破碎,；沖擊波爆破震動(dòng)可造成開關(guān)柜劇烈震動(dòng),，使各連接處緊固件松脫；產(chǎn)生的高溫可引起電纜燃燒,、銅排融化,、鋁排氣化，甚至將開關(guān)柜外殼金屬融化,、元器件嚴(yán)重?fù)p壞并引起火災(zāi),。
（2）對(duì)人的危害：高溫灼傷皮膚；熔化的金屬蒸發(fā)并滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化,；高強(qiáng)度弧光傷害眼睛,，甚至造成角膜脫落；高溫燃燒產(chǎn)生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統(tǒng),；弧光電流作用于人體可使肌肉產(chǎn)生非自主劇烈收縮,，也可損傷肌腱、皮膚,、血管,、神經(jīng)組織等。
電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數(shù)規(guī)律快速上升,，其不僅與故障電流的大小有關(guān),，還與燃弧時(shí)間有關(guān)。根據(jù)故障點(diǎn)的不同,，通常情況下故障短路電流會(huì)在幾千安至幾萬安,，故障若不能及時(shí)切除以熄滅電弧，則會(huì)產(chǎn)生巨大能量,?？傊_關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障,，不論是對(duì)開發(fā)設(shè)備還是對(duì)附近的工作人員,，其危險(xiǎn)性不可謂不嚴(yán)重,。
圖1 電弧能量-時(shí)間曲線
4弧光保護(hù)與傳統(tǒng)保護(hù)之間的比較
傳統(tǒng)母線保護(hù)方案有如下幾種。
（1）進(jìn)線過流保護(hù)方案
利用微機(jī)過流保護(hù)實(shí)現(xiàn)中低壓開關(guān)柜及其母線保護(hù)方案,。過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間需與各饋線過流保護(hù)時(shí)間配合，至少在300 ms 以上,，動(dòng)作時(shí)間不能滿足快速切除弧光短路故障的要求,。
（2）變壓器后備過流保護(hù)方案:
該方案是目前應(yīng)用廣泛的中低壓母線保護(hù)方案，保護(hù)跳閘時(shí)間一般整定為1. 2 ～ 2. 0 s,，更加不能滿足快速切除中低壓母線和線路故障的要求,。
（3）環(huán)流原理的高阻抗母線保護(hù)方案:
該方案是專用的母線保護(hù)方案，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般為35 ～ 60 ms,。但是這種方案接線復(fù)雜,、對(duì)CT 要求高，安裝在中低壓開關(guān)柜有很多困難,，也不經(jīng)濟(jì),。此外，由于其保護(hù)范圍受到CT 安裝位置的限制,，不能保護(hù)發(fā)生故障幾率較高的電纜接頭處的故障,，并且也不能提供故障定位，因此其實(shí)用性差,。
弧光保護(hù)專門用于來保護(hù)中低壓開關(guān)柜母線,，它的動(dòng)作時(shí)間快，相比于傳統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng),，更具*性,，它采用弧光和電流閉鎖的方法來進(jìn)行雙重判斷，增加了可靠性和性,。它在發(fā)生故障時(shí),，能準(zhǔn)確地定位，可減少維修人員查找故障點(diǎn)的時(shí)間,，大大減短了維修時(shí)間,，從而保障事故檢修之后快速恢復(fù)供電。
5安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置
安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置具有原理簡(jiǎn)單,、動(dòng)作可靠迅速,、對(duì)變電站一次設(shè)備無特殊要求、適應(yīng)于各種運(yùn)行方式,、且在各種運(yùn)行方式下保護(hù)不需要切換等優(yōu)點(diǎn),，為目前發(fā)電廠、變電站,、工業(yè)及商業(yè)配電系統(tǒng)0.4kV - 35kV中低壓母線保護(hù)理想的解決方案,。它通過弧光+電流雙重判據(jù)或弧光單判據(jù)啟動(dòng)保護(hù),，其弧光單判據(jù)動(dòng)作時(shí)間≤7ms；弧光+電流雙判據(jù)動(dòng)作時(shí)間≤20ms,，為快速切除中低壓弧光故障提供了技術(shù)支持,。
圖2 ARB5弧光保護(hù)邏輯原理圖
ARB5弧光保護(hù)還具有失靈保護(hù)、CT監(jiān)測(cè),、弧光故障點(diǎn)定位,、弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢、支持包括IEC61850在內(nèi)的主要行業(yè)內(nèi)通訊協(xié)議等功能,。
圖3 ARB5弧光保護(hù)典型配置圖
6中低壓開關(guān)柜母線弧光保護(hù)的應(yīng)用案例
安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置廣泛應(yīng)用于中低壓開關(guān)柜母線保護(hù),。
（1）某機(jī)場(chǎng)10kV開關(guān)柜母線弧光保護(hù)
圖4 某機(jī)場(chǎng)10kV開關(guān)柜ARB5弧光保護(hù)安裝圖
（2）某工廠0.4kV開關(guān)柜母線弧光保護(hù)
圖5 某工廠0.4kV開關(guān)柜ARB5弧光保護(hù)安裝圖
結(jié)語
中低壓系統(tǒng)母線的保護(hù)，不僅需要,、熟練地掌握技術(shù),，還需要一些保護(hù)系統(tǒng)來協(xié)調(diào)配合完成，而弧光保護(hù)作為一個(gè)理想的解決方法,，可以有效地解除故障,，減少設(shè)備維護(hù)的次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益,，提高電力系統(tǒng)的性和可靠性,。
參考文獻(xiàn)
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[4].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版
作者介紹：
李婧婧,，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,，主要研究方向?yàn)橹械蛪弘娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)和弧光保護(hù),。
