電弧光保護(hù)在中低壓開關(guān)柜和母線保護(hù)中的應(yīng)用

李爽

東北電力設(shè)計(jì)院 吉林長春 130021

1 中低壓開關(guān)柜和母線保護(hù)的必要性

在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)中，35kV及以下的電壓等級母線一般都沒有安裝有效的保護(hù)裝置，而中低壓母線往往在使用過程中因?yàn)轭l繁的操作，加上其三相導(dǎo)體間與大地距離十分接近，還會受到小動物的影響，這種母線的制造質(zhì)量本身就要比高壓母線低，因此設(shè)備的絕緣老化以及在使用中造成的磨損等，加上周圍的環(huán)境因素影響，在使用中人為操作的失誤等等，都會造成中低壓母線出現(xiàn)運(yùn)行困難的問題，導(dǎo)致故障出現(xiàn)，這種故障出現(xiàn)頻率往往還要高于高壓母線故障發(fā)生率。但是，電力企業(yè)在管理中，往往會忽視中低壓母線的保護(hù)工作，一般采用的故障應(yīng)對措施就是對母線的切除來解決故障問題，這種做法往往造成電網(wǎng)暫時(shí)無法正常運(yùn)營和供電，還可能造成故障問題進(jìn)一步擴(kuò)大化，導(dǎo)致更大的經(jīng)濟(jì)損失和不利影響。

此外，現(xiàn)階段開關(guān)柜故障問題也越發(fā)頻繁，很多甚至出現(xiàn)開關(guān)柜起火的問題，造成重大的事故發(fā)生。雖然一般電網(wǎng)中都安裝有變壓器，用來調(diào)節(jié)電壓，保護(hù)開關(guān)，但是變壓器故障問題的發(fā)生率也在增多，變壓器一旦失靈，無法有效實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)和相關(guān)電氣設(shè)備的保護(hù)，這不得不讓人開始關(guān)注對于中低壓母線的保護(hù)裝置設(shè)計(jì)和應(yīng)用，這是開展中低壓母線繼電保護(hù)的有效措施。

2 電弧光保護(hù)原理

電弧作為一張放電過程中的現(xiàn)象，在兩點(diǎn)間電壓超過介質(zhì)絕緣強(qiáng)度極限的情況下產(chǎn)生，但是此事要是有重組的能量對于這種熱損失進(jìn)行補(bǔ)償，維持合理的溫度，電弧可以持續(xù)產(chǎn)生。在供電系統(tǒng)中，各類開關(guān)電弧的形成是觸頭間中性質(zhì)子(分子和原子)被游離的過程，在兩電極間電壓升高時(shí)，靠近電極近處空氣中的正負(fù)離子被電場加速，在移動過程中與其它空氣分子碰撞產(chǎn)生新的離子（即電離現(xiàn)象），在空氣被電離的同時(shí)，溫度也會快速增長，從而產(chǎn)生電弧，這就是所謂的弧光放電，簡稱為電弧光。

電弧光的危害比較嚴(yán)重，通過電弧光保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，針對電弧光產(chǎn)生的不同原因來劃分，電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要動作依據(jù)就是弧光和電流增量。在系統(tǒng)檢測到電流增量和弧光同時(shí)發(fā)生時(shí)，會發(fā)出跳閘指令，及時(shí)采取系統(tǒng)保護(hù)措施，避免開關(guān)柜和母線受損。這種保護(hù)系統(tǒng)裝置主要是電弧光保護(hù)單元、弧光傳感器以及電弧光保護(hù)輔助單元共同構(gòu)成，其中，弧光傳感器能夠裝在開關(guān)設(shè)備的任何位置，可以依照弧光傳感器的實(shí)際位置來實(shí)現(xiàn)功能保護(hù)分區(qū)，在電弧光保護(hù)主單元中能夠?qū)收习l(fā)生的具體部位進(jìn)行顯示，這種電弧光保護(hù)裝置的使用，能夠縮短斷電實(shí)踐，提升故障處理效率，實(shí)現(xiàn)快速供電。

3 現(xiàn)有的中低壓開關(guān)柜和母線保護(hù)方式及存在的問題和對策

3.1 開關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時(shí)間

在開關(guān)柜內(nèi)部出現(xiàn)弧光短路問題式，根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，開關(guān)柜的內(nèi)不燃弧時(shí)間是100毫秒，意思是中低壓開關(guān)柜能夠允許的電弧燃燒時(shí)間是不超過100毫秒的，這樣才能實(shí)現(xiàn)保護(hù)動作，實(shí)現(xiàn)對于開關(guān)柜的有效保護(hù)目標(biāo)。現(xiàn)階段，市場中使用的開關(guān)柜一般是根據(jù)IEC298 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，因此可以說，這些開關(guān)柜的電弧燃燒時(shí)間需要控制在100毫秒內(nèi)。

3.2 現(xiàn)有的中低壓母線保護(hù)方式及存在的問題和對策

（1）變壓器后備過流保護(hù)。現(xiàn)階段在中低壓的母線保護(hù)中，采用最多的保護(hù)方法就是使用變壓器后備過流保護(hù)，但是因?yàn)楹湍妇€以及饋線分段開關(guān)配合問題，保護(hù)跳閘實(shí)踐一般定位1-1．4秒，有的甚至需要超過2秒，這種保護(hù)動作時(shí)間過長，已經(jīng)無法確保中低壓母線的有效保護(hù)，不能滿足快速保護(hù)的動作要求。

（2）饋線過流保護(hù)閉鎖變壓器過流保護(hù)。現(xiàn)階段，也有一些中低壓母線保護(hù)中使用饋線過流元件閉鎖變壓器過流保護(hù)的方式來實(shí)現(xiàn)母線保護(hù)。這種保護(hù)動作相對于上述的保護(hù)方法的確保護(hù)效果有一定程度的提升，但是保護(hù)動作時(shí)間也在300-400毫秒，仍然不能達(dá)到100毫秒的要求。

（3）采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護(hù)。這是目前對于中低壓母線和開關(guān)柜保護(hù)的最有效的方法，該保護(hù)動作的實(shí)踐在35=-60毫秒之間，但是，這一動作過程并不包括斷路器的分閘時(shí)間，因此整體動作時(shí)間也會超過100毫秒，且這種保護(hù)方式接線繁瑣，質(zhì)量要求也很嚴(yán)格，成本和較高。現(xiàn)階段，智能電弧光保護(hù)裝置在中低壓母線和開關(guān)柜中對于應(yīng)用比較普遍，ZXHG-601C智能電弧光保護(hù)系統(tǒng)專門根據(jù)中低壓母線系統(tǒng)的保護(hù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)而成，能有效的防止和降低電弧光的危害，該系統(tǒng)采用弧光光檢測和過流檢測雙判據(jù)原理，動作快、可靠性高，對一次設(shè)備無特殊要求，可適用于電力、石化、冶煉等高耗能行業(yè)。

4 結(jié)語

目前在國內(nèi)中低壓母線系統(tǒng)中一般不配置專用的快速母線保護(hù)，而是依賴上一級變壓器的后備保護(hù)切除母線短路故障，這樣導(dǎo)致故障切除時(shí)間的延長，加大設(shè)備的損傷程度，破壞嚴(yán)重時(shí)可能造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大，威脅到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。弧光保護(hù)就是專門針對中低壓母線的快速保護(hù)，使用感光探頭監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)的電弧光，一旦發(fā)生閃弧，保護(hù)快速動作，能夠切除進(jìn)線開關(guān)，這樣就可以大大減少因?yàn)楸Ｗo(hù)動作不夠迅速引起的事故和損失。