淺談UFES在廈門110 kV西郭變的應用

李靜琳

(廈門電力有限公司，福建 廈門 361000)

淺談UFES在廈門110 kV西郭變的應用

李靜琳

(廈門電力有限公司，福建 廈門 361000)

首先闡述了電弧的產生及危害，然后介紹了快速滅弧器(UFES)的動作原理，并與傳統(tǒng)滅弧方式進行了比較分析，最后結合UFES在廈門110 kV西郭變的實際應用，強調UFES在4 ms內快速檢測故障電流并熄滅故障電弧的優(yōu)點。

UFES；電弧；滅弧裝置；應用

0 引言

快速滅弧器(UFES)是一款主動型電弧故障保護設備，能顯著降低電力系統(tǒng)發(fā)生電弧事故時產生的高溫及電動力對設備的破壞和影響。有效應用UFES能更快地檢測到內部電弧故障，在電流達到峰值前通過裝置的快速接地迅速抑制故障電弧，降低電弧故障造成的破壞，減小短路電流對設備的沖擊和對人身的傷害，起到保護人身/設備安全、快速隔離故障的作用。本文通過UFES在廈門110 kV西郭變的實際應用，為同類型設備的應用提供借鑒。

1 電弧的產生及危害

開關柜發(fā)生內部電弧故障時，電弧燃燒所釋放的巨大能量會產生各種有害效應，電弧的持續(xù)會對設備及附近人員造成傷害。電力系統(tǒng)常見故障有過流、過壓、短路、電弧，其中電弧對人身和設備安全危害最大，主要體現(xiàn)在：

(1) 功率大：電弧產生時，瞬時功率可達2×107kW；

(2) 溫度高：電弧內部溫度可達10 000～20 000 ℃；

(3) 光度強：電弧光強可超過正常照明光強2 000倍；

(4) 擴散快：在氣體的流動及電場作用下，形成“飛弧”；

(5) 電弧使壓力急劇上升2.5×105Pa，元件燃燒、氣化使溫度急劇升高導致設備嚴重損壞，威脅人身安全，污染環(huán)境。

產生電弧故障的常見原因：誤操作、主回路接觸不良、設備老化、聯(lián)鎖失效、小動物進入。其中，75%的電弧事故涉及人員誤操作。據(jù)統(tǒng)計，電弧故障發(fā)生時運行檢修人員在開關柜內作業(yè)的幾率有65%，在開關柜門前操作的幾率有10%。

2 滅弧裝置的應用情況

一般情況下，開關設備燃弧會造成嚴重后果。因為電弧的形成只需幾毫秒，但是在燃弧過程中能量的釋放是驚人的，可造成嚴重傷害事故，甚至人員死亡。現(xiàn)有許多電弧保護裝置用于縮短電弧故障電流持續(xù)時間，但這并不一定能防止電弧故障造成的損害。當短路電流過峰值回落到零值附近時，其電弧能量最小，一般滅弧器都是借此機會滅弧。由于短路電流已經過了峰值，所以即便滅弧了，但其產生的高溫和電動力對設備的破壞是無法避免的。電弧故障造成的損害取決于電弧電流以及燃弧時間，這兩個參數(shù)中，只有時間可以控制。

UFES是一款主動型電弧故障保護設備，能顯著降低電力系統(tǒng)發(fā)生電弧故障時產生的高溫及電動力對設備的破壞和影響。UFES的滅弧能力極強，滅弧速度極快，當短路電流剛剛起始時，就將其滅弧，這樣，就沒有大的短路電流流過后面的電氣設備，從而不會產生高溫和很大的電動力。

傳統(tǒng)滅弧方式和UFES的對比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)滅弧方式和UFES對比

如果依靠傳統(tǒng)的保護技術，電弧持續(xù)時間將超過140 ms，對人員和設備將造成難以恢復的損害。現(xiàn)在將知名的真空滅弧室技術及世界上最快的限流開關設備——Is快速限流器巧妙結合在一起，形成了響應速度極快的中壓開關設備電弧故障保護系統(tǒng)——UFES。當開關設備系統(tǒng)內部發(fā)生電弧故障時，UFES可在4 ms內快速檢測故障電流和電弧閃光，并確保故障電弧瞬間立即熄滅。

3 UFES的動作原理

UFES采用ABB最新開發(fā)的超快速中壓開關設備電弧故障保護系統(tǒng)，可在故障電弧發(fā)生后4 ms內確保熄滅電弧。

基本工作原理如圖1所示。

圖1 基本工作原理示意圖

UFES通過檢測控制裝置的判斷和一次主元件的指令動作。

(1) UFES主要由檢測控制裝置(DTU)和一次主元件組成。檢測控制裝置能在2 ms內可靠地檢測到故障弧光及故障電流信號，經判斷電弧故障已經發(fā)生，即觸發(fā)3個一次主元件(PSE)動作。一次主元件收到動作指令后在1.5 ms內動作，實現(xiàn)系統(tǒng)三相金屬性接地短路，則電弧故障出現(xiàn)后4 ms內熄滅電弧。

(2) UFES系統(tǒng)由基本單元和擴展單元組成。基本單元由QRU型檢測控制裝置、QRU配套的弧光監(jiān)測探頭和3個一次主元件組成，包含檢測控制裝置到PSE之間的連接電纜。

4 在西郭變的安裝運用

西郭站弧光監(jiān)測探頭輸入信號多于9路，所以采用了擴展弧光檢測單元，匯集22路信號輸入，整合后經K4、K5、K6 3個通道輸入DTU。DTU裝設于10 kV Ⅲ段母線PT間隔柜面板上，自身使用8路輸入信號；PSE使用獨立專用柜，裝設于Ⅲ段母線PT柜上方并連接于Ⅲ段母線；擴展弧光檢測單元放置于935開關柜上方，設有一個空開SM30供面板裝置使用。Ⅲ段母線各柜在開關室(中柜)及母線室分別裝設一個弧光監(jiān)測探頭，如圖2所示。

圖2 西郭變安裝位置圖

變電站中的開關柜內部弧光短路故障不僅可能引起設備嚴重損壞、灼傷工作人員，有的甚至會發(fā)展成多組開關柜同時燒毀的“火燒連營”的事故。當開關柜出現(xiàn)內部故障電弧時，電弧燃燒所釋放的巨大能量會產生各種有害效應，傳統(tǒng)的保護技術滅弧持續(xù)時間超過140 ms，對于人員和設備將造成難以恢復的損害。UFES快速滅弧裝置在設備內部發(fā)生電弧時將系統(tǒng)三相直接接地，確保在4 ms內快速檢測并熄滅故障電弧，以有效保障運行人員的安全。

5 結語

隨著安全技術的不斷發(fā)展和逐步完善，具備內部電弧防護能力已經成為中壓設備安全標準的規(guī)定之一。UFES采用的超快速電弧故障保護系統(tǒng)填補了中壓開關設備電弧故障防護領域的空白，將真空滅弧技術與開斷速度最快的限流開關設備巧妙地結合在一起，形成了響應速度極快的電弧故障防護系統(tǒng)。當開關設備系統(tǒng)內部發(fā)生電弧故障時，UFES可在4 ms內快速檢測故障電流和電弧閃光，并確保故障電弧瞬間熄滅。UFES將大幅提高系統(tǒng)可靠性和操作人員安全性，有效減少故障停運時間和維修費用，為電網運行提供有力保障。

2014-07-03

李靜琳(1986—)，女，福建廈門人，助理工程師，研究方向：變電檢修。