某風電場35kV母線電弧光保護的應用

馬慧霞，閆文吉

（中廣核風電有限公司內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特　010010）

某風電場35kV母線電弧光保護的應用

馬慧霞，閆文吉

（中廣核風電有限公司內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特010010）

文章介紹了某風電場加裝電弧光工程，并分析了針對不同類型開關柜的傳感器安裝方法和保護配置情況，通過實際工程安裝的電弧光保護裝置的動作調試和帶開關傳動試驗，證明滿足保護快速性、靈敏性、選擇性和可靠性的要求，能很好實現對母線的快速保護。

弧光故障；電弧光保護；開關柜；中低壓

內蒙古西部電網高載能企業用戶的接線方式一般是從變電站35kV出線直接接至企業用戶，線路距離開關柜、電纜頭單相接地故障和相間短路故障較頻繁，這些故障發生的同時伴隨著電氣弧光的產生。在保護動作切除35kV母線之前，電氣弧光產生的高溫可將電氣設備和機械設備熔化，使單相接地故障發展迅速。由于高載能用戶負荷變化頻繁，較易發生相間短路故障，而損壞相鄰間隔的電氣設備，導致35kV系統易發生近端短路故障，甚至將35kV母線故障范圍擴大、故障時間延長等，這些都影響了風電場的安全穩定運行生產，因此中廣核風電有限公司內蒙古分公司決定選用某風電場進行電弧光保護的改造，效果明顯的話，將推廣應用于公司其他風電場。

1　電弧光保護

弧光保護是一種新型的母線保護方案，系統設計用于切除所有低壓或中壓空氣絕緣鎧裝開關柜中可能產生弧光短路斷路器的快速保護中。電弧光保護依據故障時產生的電弧光來判斷故障并切除，是一種非電氣量保護當系統發生故障時會伴有弧光量的產生，依據電弧光來判斷切除故障的保護就是電弧光保護。它是非電氣量保護，當發生弧光短路時，在弧光檢測傳感器覆蓋的區域內弧光短路點可以被快速定位，這樣的話弧光保護僅僅靠弧光源作為跳閘唯一判據很可能會受到一些外來因素光源使得弧光保護誤動作，所以一般的弧光保護都會有兩個判據，就是弧光和電流增量。只有同時檢測到弧光信號和過流增量，弧光保護才會出口跳閘動作，圖1是弧光保護基本原理圖。

圖1　弧光保護基本原理圖

其基本原理是“與或”關系，當三相電流I或弧光L有一個判據時，弧光保護裝置會發信；當三相電流I和弧光L同時為與關系時，弧光保護裝置跳閘。

2　電弧光保護的組成部分

主單元包含有電流檢測和斷路器失靈保護，它通過檢測短路電流和來自電弧光傳感器的動作信息，并對收集的數據進行處理、判斷，在滿足跳閘條件時，發出跳閘命令以切除故障。在進線斷路器不能切除故障時，它將啟動斷路器失靈保護邏輯，發出跳閘命令給上級斷路器來切除故障。此外，主單元根據輔助單元傳送來的弧光傳感器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。

輔助單元當系統發生弧光故障時，輔助單元收集來自電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，有利于及時準確故障定位開關柜，為檢修提供信息。電弧光傳感器，專用于母線保護的弧光傳感器安裝在開關柜的母線室內，它作為光感應元件，將檢測在發生弧光故障中突然增加的強光，并將光信號轉換成電流信號傳送給輔助單元。

3　弧光裝置的主要設備配置

安裝35kV系統弧光保護設備，裸光纖安裝在母線上，每個柜子在電纜室和開關室分別安裝2個探頭，如表1所示。

表1　弧光裝置的主要設備配置

4　電弧光保護現場調試情況

在35kV母線出線，311斷路器開關柜模擬弧光短路故障，動作錄波情況如圖2所示。正常工作時，三相電壓幅值隨時間變化是一致的，如圖3所示。

圖2　正常運行狀態故障錄波裝置圖形

圖3　正常運行至故障狀態故障錄波裝置圖形

正常至故障工作時，AB兩項電壓幅值隨時間變化是基本一致的，C相發生故障，電壓基本沒有了為零，如圖4所示。

圖4　故障狀態故障錄波裝置圖形

故障狀態時，AB兩項電壓幅值隨時間變化是基本一致的，C相發生故障電壓為零。通過現場調試情況以及帶開關傳動情況，電弧光保護能很好實現對母線的快速保護，如圖5所示。此時，311斷路器開關柜發生故障，311斷路器電弧光保護裝置接收到光纖傳感器、弧光傳感器的動作信號、過流信號，弧光保護能順利斷開301斷路器，同時也滿足保護快速性、靈敏性、選擇性和可靠性要求。

圖5　弧光保護動作錄波情況分析

5　結語

某風電場如果使用弧光保護，不僅能快速切除開關柜內部弧光短路故障，實現中低壓母線的快速保護，而且還能提高電力系統和設備的安全性和穩定性。具體功能體現在以下方面：①保護人員和中低壓開關設備的安全，避免了弧光故障造成的損害；②保護變壓器免受短路電流損壞；③保護升壓站內直流系統；④可以預防火災發生；⑤延長開關設備使用壽命。

Application of 35kV Busbar Arc Light Protection in a W ind Farm

MA Hui-xia，YAN Wen-ji

（Inner Mongolia Branch of CGNPC Wind Power Co.，LTD.，Hohhot，Inner Mongolia 010010，China）

This paper introduces a wind farm equipped with electric arc，and analyzes sensor installation method and protection configuration for different types of switchgear，which proves that meeting requirements of speediness、sensitivity、selectivity and reliability of protection can realize the fast protection for busbar through actual engineering installation of protection device of electric arc debugging and switch drive test.

arc failure；arc protection；switch cabinet；low pressure

TM773

A

2095-980X（2016）09-0017-02

2016-08-11

馬慧霞（1982-），女，內蒙古人，碩士，工程師，技師，主要從事風力發電運行維護工作。