電弧光保護與分支限時速斷保護的比較

陳月奎 趙永林

【中圖分類號】TM773 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0005-02

1、概述

近年來，在全國很多電廠都陸續(xù)出現(xiàn)了發(fā)電廠高廠變、高備變損壞事故。其中內蒙的達拉特、豐鎮(zhèn)等電廠曾多次出現(xiàn)。從廠用電運行條件看，近區(qū)短路時有發(fā)生，考慮到廠用電的重要性及廠用變對突發(fā)短路的損傷累積效應，要求廠用分支母線故障能快速切除。但長期以來，高備變、高廠變低壓側僅配置分支過流，其延時通常為2～3s，當近區(qū)發(fā)生故障時，高廠變、高備變差動保護無能為力，在其后備保護分支過流動作前，已經(jīng)出現(xiàn)了高廠變、高備變的損壞。

配置分支限時速斷保護來作為發(fā)電廠廠用分支母線的快速保護，快速切除廠用分支母線近區(qū)的故障，從而保護高廠變、高備變的安全。當然也需要變壓器廠家進一步提高變壓器的短路耐受力，加強變壓器相關的突發(fā)短路試驗。

近幾年，電弧光保護作為一種新興的保護在國內的一些大型機組廠用分支開關柜保護設計中有應用。其主要是通過檢測電弧變化等特征物理量，來快速檢測開關柜內母線故障。

分支限時速斷保護和電弧光保護都可作為分支母線的快速保護，但是二者在保護原理、保護范圍、動作特性、實用性和造價等方面有區(qū)別。而目前國內外對此點都未進行過對比分析，所以分析對比二者對今后改進發(fā)電廠廠用分支母線保護有很大的參考意義。

2、分支限時速斷保護

2.1概述

分支限時速斷保護因其原理簡單，裝設方式簡單，在很多電廠改造中作為首選方式。從簡化廠用分支母線保護的角度出發(fā)，該保護得到了廣泛的應用。

2.2分支限時速斷保護的特點分析

2.2.1保護原理

原理簡單，為簡單的過流邏輯，通過檢測電流是否大于定值，如果大于定值，則啟動延時繼電器計時，當時間大于定值時，保護動作于跳閘切除故障。

2.2.2裝設方式

分支限時速斷保護可采用兩種接線方式，一種方式是直接放置在高廠變、高備變保護中，可直接采用高廠變、高備變的交流電流回路。另一種方式是直接放置在開關柜中實現(xiàn)。

2.2.3保護范圍

分支限時速斷保護的保護范圍：作為分支母線故障的快速保護，同時作為相鄰電動機、低廠變等高壓側故障的后備保護。該保護具有一定的選擇性，當故障位于電動機或低廠變時，優(yōu)先由電動機或低廠變的保護反應；如果電動機或低廠變保護無法切除故障，則由分支限時速斷保護動作切除故障。

2.2.4 經(jīng)濟性分析

由于分支限時速斷保護通常放置在高廠變、高備變保護裝置中或放置在開關柜中實現(xiàn)，不論是對新建機組還是改造工程，其不需增設新的設備。該保護所用的電流回路均可與其他保護共用。可以說增設此保護相關的投資費用很小。

2.2.5實用性分析

根據(jù)相鄰電動機和低廠變等負荷的狀態(tài)，分支限時速斷保護的延時可整定范圍為0.3～0.6s，這可以大大縮短僅分支復壓過流保護時的動作時間，有利于提高分支母線保護的快速性要求，且不影響與相鄰保護在延時方面的配合。

該方法目前已經(jīng)國內很多電廠采用，在內蒙上都電廠、達拉特電廠的多臺高廠變、高備變中實施，其效果不錯。

3、電弧光保護

3.1概述

上世紀60年代國外已開始研究電弧光短路故障，到90年代對這種故障特性有了深入了解，并提出各種弧光短路的防護措施。電弧光保護，在歐美一些國家的電力系統(tǒng)和廠礦企業(yè)推廣應用中已有二十多年的歷史。我國第一套保護裝置于1995年投運，中國以前的進口機組在引進時有國外成套配有電弧光保護，國產機組第一套裝置2000年開始運行。

對于中低壓開關柜來說，以最快的速度切除故障意味著最大限度的限制電弧燃燒釋放的能量，其好處是：

a.保護附近工作人員免受電弧故障效應的傷害；

b.開關柜內部部件的損壞限制到最小；

c.大大減少開關設備的損壞的維修費用；

d.最大限度地減少用戶的停電時間，可盡快恢復生產；

e.對于使用年限很長、需要進行改進的開關柜，采用電弧光保護可有效延長其使用壽命，從而減少對開關設備的投資費用。

對配電系統(tǒng)還將有以下好處：

a.保護昂貴的廠用變壓器免受巨大的短路電流沖擊而損壞；

b.防止波及站用直流系統(tǒng)，避免事故擴大而造成的經(jīng)濟損失。

3.2電弧光保護的特點

3.2.1基本原理

通過檢測開關柜內母線故障時產生的弧光，并結合過流閉鎖的動作原理，即采用檢測弧光和過流雙判據(jù)原理，來判斷故障切斷電流。

弧光是電弧最明顯且變化最快的特征物理量，電弧光保護通過檢測電弧弧光信號來檢測故障。為了避免外界光干擾導致的電弧光保護誤動，實際應用中還引入電流增量閉鎖來提高可靠性。

3.2.2電弧光保護系統(tǒng)構成及裝設方式

典型的電弧光保護系統(tǒng)主要由主單元、輔助單元、弧光傳感器和溫度傳感器等組成。下面分別對每部分做簡單介紹。

1）主單元

包含有電流檢測和弧光檢測，它通過檢測短路電流和來自弧光傳感器的動作信息，并對收集的數(shù)據(jù)進行處理、判斷，發(fā)出跳閘信號，以切除故障。在進線斷路器未能動作切除故障時，它將啟動斷路器失靈保護邏輯，發(fā)出跳閘指令給上游斷路器切除故障。此外，它還根據(jù)輔助單元傳送來的弧光傳感器的動作信息和溫度傳感器測量的溫度，提供弧光故障點的定位和溫度報警信息。每個主單元可接入多個輔助單元。主單元中具有二進制I/0接口，供主單元之間交換過流和弧光傳感器動作信息，以實現(xiàn)有選擇性的切除母線故障。

2）輔助單元

每個輔助單元可接入若干個弧光傳感器、1個便攜式弧光傳感器和1個溫度傳感器。當系統(tǒng)發(fā)生弧光故障時，輔助單元收集來自弧光傳感器的動作信息并傳送給主單元，在主單元上顯示輔助單元和弧光傳感器的地址編號，有利于及時檢修和排除故障。輔助單元安裝在開關柜中。

3.2.3電弧光保護保護范圍及系統(tǒng)的特點

電弧光保護系統(tǒng)主要保護范圍是分支母線故障。其對應的特點如下：

1）動作速度快

整套保護的動作時間短，可控制在5～7ms，遠快于傳統(tǒng)的母線保護方案，對開關柜各單元室的總切除時間為80～100ms，可控制在了100ms以內。

2）通過檢測開關柜內部發(fā)生故障時產生弧光這一特點，結合過流閉鎖這一原理，雙判據(jù)原理簡單、結構簡單、動作可靠。

3）故障點定位，有利于快速處理故障和恢復供電。

4）斷路器失靈保護，當主斷路器拒動時發(fā)出跳閘指令跳上一級斷路器，提高系統(tǒng)的安全性。

5）配置靈活、適應性強：通過交換弧光和過流動作信息，可對各段母線提供有選擇性的保護，適用于各種運行方式。

3.2.4電弧光保護系統(tǒng)經(jīng)濟性分析

由于電弧光保護是個系統(tǒng)保護，需要由主單元、輔助單元、弧光傳感器和溫度傳感器等多個部件有機組合后才能有效工作，其造價相當高。遠高于相應的發(fā)變組保護的造價。且弧光保護目前仍為進口設備，未國產化。如果能加快國產化的進程，降低造價，對其推廣和應用將更有利。

3.2.5電弧光保護系統(tǒng)實用性分析 （下轉7頁）

電弧光保護在國外有著較廣的應用經(jīng)驗，國內目前也漸在一些大型機組的廠用分支母線開關柜中采用。