10kV開關柜弧光保護的試驗調試研究

區均方

摘要：10kV開關柜在運行的過程中很容易出現電弧光，引起能量變化、電流波動等，嚴重影響了開關柜的安全性、可靠性和穩定性。本研究從10kV開關柜弧光保護原理和系統組成出發，分析弧光保護中的關鍵事項。在該基礎上選擇測試光源、光照度計、繼電保護試驗儀，對10kV開關柜弧光保護裝置性能進行測試和調試，以達到最佳的保護效果。

關鍵詞：開關柜;弧光保護;組成;試驗調試

開關柜作為電力系統中的重要基礎設施，其安全系數直接影響著輸配電效益，是運維管理的重中之重。一般開關柜在運行中受環境等影響容易會產生弧光放電，引起電流波動，這類電流無法達到保護定值的要求，導致其無法及時切斷故障區域。久而久之，不僅會影響開關柜的使用壽命，嚴重時甚至直接導致裝置損壞，引起大面積斷電，在開關柜管控中需全面重視。

1 10kV開關柜弧光保護系統分析

1.1 基本原理

弧光放電主要是由于短路過流引起氣體擊穿導致，可引發強烈光輝并產生高溫。這種高強弧光會對眼睛造成傷害，高溫灼燒也會造成裝置損壞，同時其燃燒產生的毒氣還會影響人們的呼吸道。為消除弧光放電的危害，10kV開關柜可利用“感光+電流”檢測機制作為故障判據，即通過測定是否存在弧光或電流驟增，根據弧光及電流驟增量判斷是否達到整定值，一旦達到或超過整定值，即發出弧光保護跳閘指令使開關動作跳閘。

1.2 系統組成

10kV開關柜弧光保護系統主要包括檢測回路、斷路器回路、屏蔽保護、主控單元等，如圖1所示。

其中，弧光傳感器可以采集開關柜中重點裝置的電流、電壓數據，將其傳輸到電壓電流檢測回路和弧光檢測單元中，判斷電壓電流是否異常、是否存在弧光電流等。弧光主控單元根據兩側檢驗單元的分析報告，第一時間查找弧光故障點，控制斷路器進行故障區域隔離，從而最大限度降低10kV開關柜弧光事故風險。

2 10kV開關柜弧光保護的試驗調試

10kV開關柜弧光保護要求較高，需針對運行環境、裝置儀器、保護標準等進行保護試驗和現場調試，這樣才能夠使10kV開關柜弧光保護裝置達到最佳效果，實現10kV開關柜安全效益和經濟效益的全面提升。

2.1 儀器選擇

本次研究過程中以某縣級中壓配網中的10kV開關柜為例，研究開關柜弧光保護試驗調試中的重點和難點，具體內容如下。

（1）試驗光源。某縣級中壓配網中的10kV開關柜使用的ABB公司生產的REA100系列弧光保護裝置，其試驗調試過程中可配合多種光源，測定弧光保護感光探頭的檢測效果并進行參數調試。光源環境模擬縣域內10kV開關柜運行環境中的可見光情況，設置見表1。

為測定試驗光源強度，在測試調試過程中還選取大量程光照度計。可選擇LX1010B型號手持式儀器，其量程在1～50000 lx，精度可達1 lx，操作時將儀器直接置于試驗光源環境中測定即可，非常便捷。

（2）測試儀器。10kV開關柜弧光保護系統性能測試的過程中，應使用繼電保護裝置對切斷弧光電流的動作響應時間進行測定，其選擇過程中應注意測定的精度。本次試驗中選擇PW31E繼電保護微機試驗儀作為主要裝置，其精確度可達到±0.1%。

2.2 試驗調試

2.2.1 感光試驗及調試

10kV開關柜弧光保護系統投入使用首先需對傳感器的感光效果進行測試，按照結果調整傳感器位置、感光角度等。試驗調試環節可先將透鏡式弧光傳感器分別安裝在開關室和電纜室中，若區域內出現感應強度內的弧光，即發出感光信號，傳輸到弧光檢測裝置中，生成弧光保護響應動作指令，致使弧光保護動作。

本次主要在10kV開關柜容易產生弧光的開關室進行感光測試，分別用5種光源在以上試驗點進行照射。同時，通過LX1010B型號手持式儀器測定光源照度值，觀察10kV開關柜弧光保護系統是否動作，其測試結果見表2。

從上述測試結果中可以發現：使用透鏡式弧光傳感器進行10kV開關柜弧光保護的靈敏度較高，在工況中誤動情況較少，可準確感應電弧光并保護。在測試點3和測試點4區域，存在大強度照明設備直射，透鏡式弧光傳感器感光強度高，會引起弧光保護誤動。調試過程中應調整此間透鏡式弧光傳感器的位置、角度，避免由上述照明裝置引起的10kV開關柜弧光保護誤動。

2.2.2 響應試驗及調試

10kV開關柜弧光保護系統投入使用前，還要對保護動作靈敏度和可靠性進行測定，依照試驗結果進行調試，以確保在最短時間內達到故障切除。試驗調試時使用大強度照明裝置作為試驗光源，在10kV開關柜弧光保護系統中接入PW31E繼電保護微機試驗儀，測定探照燈直射時的弧光保護動作時間，觀察現場開關投切情況。

測試過程中發現，透鏡式弧光傳感器感應到探照燈直射光后3ms左右，10kV開關柜弧光保護動作，基本滿足響應需求，但容易因光源使用不當導致感光誤動。為解決上述問題，試驗調試環節增加電流閉鎖判據，將10kV開關弧光保護系統中電壓電流回路檢測模塊中采集到的瞬時電流同時作為弧光保護判斷依據。若回路中檢測到故障電流且透鏡式弧光傳感器中發出感光信號，即響應10kV開關柜弧光保護動作，其增加后的響應時間見表3。

經試驗，10kV開關柜弧光保護系統中增加電流判據后，基本不影響弧光保護的響應時間，且避免了保護誤動，從根本上提升了10kV開關柜弧光保護的可靠性、穩定性和有效性。

2.3 使用效果

從安全性能而言，10kV開關柜弧光保護試驗調試工作有效提升了弧光保護的可靠性和準確性，減少了弧光事故發生后的保護誤動或拒動，降低了區域故障斷電的可能性。將試驗調試后的10kV開關柜REA100系列弧光保護裝置投入使用后，2019年某縣級配網共檢測弧光故障、執行弧光保護動作百余次，保護動作可靠性達到99.1%，除1起因REA100系列弧光保護裝置故障引起的保護誤動外，其他保護操作執行均準確、及時、有效，使區域內用戶平均故障時間縮短到2.1h。

從經濟角度而言，對10kV開關柜弧光保護系統進行試驗調試可以從根本上增強弧光保護系統的整體性能，減少資源浪費和設備經濟損失。某縣級中壓配網中的10kV開關柜REA100系列弧光保護裝置經調試投入使用后，其適用范圍更廣，可靠性更高，能夠在最短時間內準確切斷故障區域，避免嚴重開關柜事故，為電網的安全運行提供了保障，在一定程度上改善了10kV配網運行的經濟效益。

3 總結

10kV開關柜弧光保護系統投入使用過程中，必須先依照開關柜運行工況及易發生弧光事故區域現狀，開展有效測試和調試。對容易出現誤動、拒動等因素進行排除，使10kV開關柜弧光保護系統能夠安全、穩定運行。尤其是在傳感器選擇和動作響應設置的過程中，必須經過嚴格測試調試，使其能夠完全符合10kV開關柜弧光保護的各項標準，這樣才能夠最大限度提升10kV開關柜運行的安全效益和經濟效益。

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