電弧光保護及其在中低壓開關柜和母線保護中的應用分析

胡強 陳德華

摘 ? 要：在實際電力系統運行過程中，由于中低壓開關柜以及母線饋線的自身容量有限，對較大電壓情況下的電力運行造成極大的限制，從而出現電路短路故障等問題。由于這樣的現象往往對電力問題設備造成著較大的阻礙，所以根據電弧光以及中低壓開關柜故障問題等方面，對電弧光保護及其在中低壓開關柜和母線保護中的應用進行研究分析是十分重要的。

關鍵詞：電弧光保護 ?中低壓開關柜 ?母線保護 ?電弧光檢測

中圖分類號：TM59 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（c）-0021-02

1 ?中低壓開關柜故障問題與原因分析

1.1 中低壓開關柜電弧光短路故障原因分析

在電力系統運行的過程中，中低壓開關柜存在著很多常見的問題，例如，絕緣故障、載流回路不良、外來物體的進入等。首先，是絕緣故障問題。由于中低壓開關柜裝置的絕緣性能不佳或者由于中低壓開關柜長期處于臟污環境，在潮濕情況下很容易出現絕緣故障問題。并且長時間的使用的設備在外界因素下老化，也可能會造成絕緣故障。其次，是載流回路不良問題。在電力系統運行的過程中，很多接頭截面不足，例如部分螺絲松動等。而當處于較大電壓流的狀態時，通常會出現開關柜載流回路發熱甚至冒火等現象，進而導致故障問題。除此之外，造成短路故障問題的原因還可能是外來物體的進入。在實際運行時，可能會存在小動物進入開關柜內部或者工作人員不小心把工具忘在開關柜內，從而導致中低壓開關柜電弧光短路故障問題[1]。

1.2 中低壓開關柜電弧光短路故障特征與危害分析

中低壓開關柜電弧光短路故障對工作人員以及配電系統設備等有著巨大的危害。首先，對工作人員來說，當工作人員感應較強電擊時，電流會侵害其肌肉和神經;當工作人員接觸強光和高溫時，會對其眼睛和皮膚造成傷害，當工作人員受到爆破音的沖擊時，會對其耳膜和肺臟造成危害。其次，對配電系統設備來說，當配電設備處于高溫情況下，不僅會造成銅排和鋁排熔毀，還會造成電纜熔毀，并產生一定的有毒氣體。當配電設備受到爆破音的危害時，可能會造成零件松動，造成短路故障問題。

2 ?開關柜弧光短路故障的防護措施

2.1 消極性防護措施

為了解決開關柜弧光短路故障問題，可以采取一系列消極性防護措施，比如加強開關柜的結構，設置釋放板和泄壓通道等。雖然采取此類措施一定程度上限制電弧光短路故障出現的各種問題，減少電力損害的程度，但是可能會大幅度提高設備的成本，對電力企業的經濟效益帶來影響。

2.2 積極性防護措施

相比消極性防護措施，積極性防護措施需要從根本上限制故障電弧，從根本上解決開關柜弧光短路故障對工作人員和設備裝置的影響和危害。一方面，可以在開關柜耐受燃弧時間內采用高速專用中低壓母線保護系統切除故障，這樣的方式可以最大程度上地降低開關設備的受損程度。另一方面，降低開關設備的損壞程度能夠減少故障問題的各種效應，從而可以有效地防止變壓器由于短路電流而損害。因此，積極性防護措施可以保護附近工作人員免受電弧故障效應的傷害并且大大減少開關設備損壞的維修費用，此外，還最大限度地減少用戶停電時間，可盡快恢復生產。對于使用年限很長需要進行改造的開關柜，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[2]。

3 ?現有的中低壓母線保護方案及存在的問題

3.1 變壓器后備過流保護方案及存在的問題

變壓器后備過流保護方案是我國現有的中低壓母線保護方案中應用最廣泛的方案，但是仍然存在著一些問題。在中低壓母線保護過程中有著一個典型的保護動作，就是在饋線和母線分段開關的配合時，對跳閘進行保護。而變壓器后備過流保護方案中保護跳閘時間一般整定為1～1.4s，部分甚至會達到2s，而這種保護動作遠遠超出了快速切除中低壓母線故障的時間要求。因此，需要新型的中低壓母線保護系統來滿足快速切除中低壓母線故障的時間要求，從而大幅度減低故障的發生幾率。

3.2 饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護方案及存在的問題

近幾年來，饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護方案逐漸受到廣泛的關注，而這一方案與變壓器后備過流保護方案相比，其保護動作的時間變為300～1400ms，雖然時間上有了大幅度的提升，但是對于快速切除中低壓母線故障的100ms的時間要求仍存在一定的距離。與變壓器后備過流保護方案相同，饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護方案也需要一種新型保護系統來滿足快速切除故障的要求，來解決實際電力運行過程中由于中低壓母線發生故障，從而造成經濟損失的問題。

3.3 采用環流原理的高阻抗母線保護方案及存在的問題

采用環流原理的高阻抗母線保護方案將以往的典型保護動作的時間提升到了35～60ms，雖然保護動作時間在100ms之內，但是算入斷路器的分閘時間，仍然超出了快速切除故障的要求。除此之外，采用環流原理的高阻抗母線保護方案不僅對CT方面的要求程度高，還需要較高的費用來實現，所以對中低壓母線保護方面并不適用。從各種應用情況分析，為了能夠更好的對中低壓開關柜和母線保護，需要新型的電弧光保護系統進行保護，不僅能夠降低故障發生的概率，減少由于故障發生帶來的危害，還可以有效保障企業的經濟效益[3]。

4 ?電弧光保護系統的應用分析

4.1 電弧光保護系統結構

電弧光保護系統主要由主單元結構部分、電弧光檢測輔助單位部分、電弧光傳感器以及過流檢測輔助單元部分組成的。首先，作為電弧光保護系統的控制中心，主單元的主要是通過收集動作信號并將收集的信號進行處理和轉發為跳閘信號，以此來切除故障。其次，弧光采集單元與主控單元配合使用，是弧光保護系統的重要組成部分，主要用于采集故障弧光，并將判斷后的結果通過光信號傳遞給主控單元。最后，弧光傳感器專門用于故障弧光采集，此外弧光傳感器起著開關柜的母線室內或饋線柜內電氣元件的連接作用。

4.2 電弧光保護系統的應用

電弧光保護系統保護動作具有快速性，一般控制故障的實踐可以控制在100ms以內。因此，在電力系統運行時發生弧光故障等問題時，電弧光保護系統就可以發出跳閘指令切除供給的短路電流，進而有效降低設備的損壞程度。電弧光保護系統應用于中低壓開關柜和母線的保護中，其作用主要是保護主變壓器受損嚴重，避免事故擴大而造成經濟損失。

5 ?結語

在實際應用電弧光保護系統的過程中，由于其作用比較明顯，因而具有一定的應用優勢。在電力系統運行中，由于自身電容量等因素的限制，需要對中低壓開關柜與母線饋線進行有效地保護，因此，需要從中低壓開關柜電弧光短路故障原因和現有的中低壓母線保護方案存在的問題進行分析，明確故障問題帶了的嚴重危害，最后通過應用電弧光保護系統，有效處理故障問題，從而更好地保護實現開關柜與母線的保護。

參考文獻

[1] 周林，曹天怡.電弧光保護作為母線主保護在中低壓開關柜的應用和討論[J].供用電，2016（12）：47-53，57.

[2] 張申，趙東亮，李紅梅.電容柜在低壓配電系統中的應用分析[J].科技創新導報， 2018， 15（18）：56-58.

[3] 懷全，候小虎，何良策， 等. 一種含分布式電源的中低壓配電網狀態估計方法研究[J]. 電力系統保護與控制， 2018， 46（21）：75-83.