弧光保護系統在35KV變電站中的應用

辛佩宏

摘 要：介紹一種已在我省電網獲得應用的用于母線快速保護的電弧光保護系統，闡述了其工作原理和系統結構，總結了其在變電站應用方面的技術要求和配置安裝方案。

關鍵詞：弧光保護；中低壓母線；快速保護；應用

引言

電力系統中，中低壓母線由于出線多、相間及離地間距小、操作頻繁、絕緣老化和人為操作錯誤等原因，發生故障的幾率很大。每年因弧光短路故障所引發的中低壓母線事故也日益增多，嚴重的甚至會燒毀變壓器。現有的變壓器后備過流保護、饋線過流元件閉鎖進線過流保護等保護方案，由于其保護動作時間過長，均無法滿足快速切除弧光短路故障的要求。電弧在設備上作用的時間越長（>100ms），造成的危害越大。 若能在100ms之內及時切斷電源、熄滅電弧，就可以避免設備受到嚴重損傷。隨著用戶對供電可靠性要求的不斷提高，根據繼電保護快速性的要求，急需在中低壓母線上配置一種專用的弧光保護裝置。在電弧對配電設施造成嚴重破壞之前，能夠迅速切斷線路，避免事故擴大引發的重大經濟損失。

我省目前已在七臺河電業局35KV太河變10KV側安裝應用DPR361ARC型弧光保護系統。電弧光保護提供了8ms的跳閘輸出，總故障切除時間可以控制在50-60ms，在電弧燃起之前就可將故障快速切除。

1 弧光保護系統結構及原理

DPR361ARC弧光保護系統主要由電源模塊、主控單元、電流單元、弧光單元，弧光傳感器及光纖導線等組成。

主控單元用來測量和處理電流單元及弧光單元的數據，并根據判斷發出跳閘指令和定位報警指令。主控單元安裝在電源進線柜控制面板上。

弧光傳感器集中采集弧光信號的紫外頻段，過濾普通光線，具有更高的可靠性；弧光傳感器采用特制光纖連接傳輸，光電轉換在裝置內完成，抗干擾能力強，故障可定位。弧光檢測探頭單元就地分散安裝于高壓開關柜內。

電流單元檢測電流的突變量，并送至主控單元進行分析數據處理后，作為系統的電流判據。

電弧光保護系統采用弧光檢測和過電流檢測雙判據原理，在同時檢測到弧光和電流增量信號時會啟動快速繼電器發出跳閘指令，當系統只檢測到其中一個信號時，只發出報警信號，其原理如圖1所示。

系統具有斷路器失靈保護功能，當進線斷路器發生拒動時，發出越級跳閘信號，切斷上一級斷路器，以確保系統的穩定性。

2 弧光保護系統在七臺河35KV太河變應用

七臺河電業局35KV太河變于2011年安裝應用了DPR361ARC型弧光保護系統，幾年來，系統運行穩定可靠，為保護母線安全發揮了重要作用。

本工程接線方式為：2條電源進線，單母分段，共14面開關柜（包括所變柜），2個母線橋。

弧光保護配置方式為：1臺DPR361ARC主控單元，16個光探頭，300米光纖。主控單元安裝于10KV進線柜面板上，光探頭安裝于14面柜及2個母線槽內。

本工程是在運行變電站上加裝弧光保護設備。安裝時，由于停電時間有限，為保證所有安裝調試工作按時完成，一些工作環節需提前準備和實施，以免影響送電時間。

安裝方案及步驟：（1）根據工程配置情況，由設備廠家設計人員設計電氣安裝圖紙（需要變電站原圖紙電子版），圖紙提供給甲方（用戶）審核，如有異議，根據要求進行修改，直至圖紙符合要求；（2）準備安裝輔材及輔件，為安裝做好準備。甲方根據廠家提供的圖紙，提前在開關柜上開好裝置及壓板安裝孔；（3）甲方停電日期定下后，提前一周通知廠家，廠家安排人員到現場配合安裝。（4）停電前一天需要把主控裝置安裝完畢，停電后，需甲方安排人員幫廠家打開開關柜柜門及關閉開關柜柜門；（5）電源進線、母聯和總控單元DPR361ARC之間的CT 線可由甲方協助敷設，弧光保護出口所跳開關亦由甲方敷設；（6）裝置扎線、探頭固定、光纖敷設、光纖探頭壓接、裝置調試、定值整等工作由廠家調試人員完成；（7）裝置調試完畢，由廠家技術人員對甲方運行人員進行培訓；（8）試驗完畢，甲方進行驗收，驗收合格，設備投入運行，本站恢復供電，本工程安裝調試結束。

3 弧光保護系統在電網中應用技術要求

（1）電弧光保護裝置應選用電網公司入網合格產品；（2）電流元件整定值應按躲過該主變實際最大負荷電流整定，推薦設置為1.1-1.3In；（3） 電弧光保護主單元采用弧光+電流綜合判據。動作后瞬時跳開主變進線斷路器；（4）電弧光保護裝置應能提供“故障報警信號”、“故障動作信號”至計算機監控系統；（5）電弧光保護的出口跳閘繼電器應滿足啟動功率不小于5W、動作電壓介于55%-70% Ue、動作時間不小于10ms的反措要求；（6）電弧光傳感器可采用透鏡型傳感器或點傳感器；（7）為簡化二次回路和保護邏輯，可不考慮多臺主單元之間互連；（8）控制部分應能顯示弧光發生點的位置，方便快速處理故障、恢復供電。

4 弧光保護系統安裝要求

（1）KGN柜：按照保護母線隔室、母線側隔離刀閘室的原則進行安裝，在上側中部，既保證足夠的絕緣距離，同時又有足夠的角度能檢測到柜內弧光。對于35kV開關柜，應在母線隔室、母線側隔離刀閘室各安裝一個弧光傳感器。對于10kV開關柜，若母線與母線側隔離刀閘同在一室，則只安裝一個弧光傳感器；若母線與母線側隔離刀閘不在同一室，則需分別安裝。

（2）KYN柜：僅在母線隔室進行安裝，在上側中部，既保證足夠的絕緣距離，同時又有足夠的角度能檢測到柜內弧光。

母線PT柜：安裝一個弧光傳感器，在上側中部安裝，既保證足夠的絕緣距離，同時又有足夠的角度能檢測到柜內弧光。

（3）為了避免電弧光保護無選擇性跳閘，簡化二次回路，要求110kV變電站35kV和10kV母線采取分列運行方式。

（4）新建110kV變電站應在投產前裝設電弧光保護，運行變電站可結合開關柜大修開展電弧光保護加裝工作。

（5）電弧光保護投運前的試驗按照電力研究院編制的“電弧光保護試驗方法”進行。

（6）可以先選一座35KV或110kV變電站進行電弧光保護加裝試點工作，總結經驗，規范施工設計、施工方案和試驗方法，再推廣到其它變電站應用。

（7）新建變電站宜由建設單位提前與開關柜生產廠家溝通，預留電弧光保護主單元和擴展單元安裝位置及相關端子排接線位置。

5 結束語

弧光保護系統完善了變電站的保護功能，對于快速切除中低壓母線故障，減少設備損失，杜絕人身傷害，提高電網穩定性、減少停電時間，發揮著不可或缺的作用。為110KV以下母線開關柜提供了一種優秀的快速保護，具有良好的推廣價值。

參考文獻

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