新型配(pei)電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)的(de)研(yan)究(jiu)和(he)應(ying)用探討

新型配(pei)電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)的(de)研(yan)究(jiu)和(he)應(ying)用探討

江(jiang)蘇(su)安科(ke)瑞(rui)電(dian)器(qi)制造(zao)有限公(gong)司(si) 江(jiang)蘇(su)江(jiang)陰(yin) 214405

摘(zhai)要：根(gen)據繼電(dian)保護(hu)快速性(xing)的(de)要求，提出了通(tong)過(guo)光纖探(tan)頭(tou)采集(ji)配(pei)網(wang)開關(guan)櫃故障(zhang)時產生的(de)弧(hu)光放(fang)電(dian)，再(zai)通(tong)過(guo)保護(hu)單(dan)元來實(shi)現快(kuai)速的(de)切除(chu)開關(guan)櫃內(nei)部故障(zhang)這(zhe)壹切入(ru)點，研究(jiu)快速切除(chu)開關(guan)櫃櫃內(nei)短(duan)路故障(zhang)的(de)新型配(pei)電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)，可以保護(hu)配網(wang)運維(wei)人員(yuan)人身和(he)開關(guan)櫃及(ji)櫃內(nei)設(she)備的(de)安全(quan)，當(dang)現場(chang)櫃體(ti)中(zhong)因(yin)短(duan)路故障(zhang)產生弧(hu)光時，能(neng)夠(gou)做到(dao)快速判斷、切斷電(dian)源，減(jian)少(shao)停電(dian)範(fan)圍(wei)，提高(gao)供(gong)電(dian)效(xiao)率(lv)，降(jiang)低(di)現場(chang)調(tiao)試(shi)及維(wei)護(hu)工作(zuo)量(liang)，縮(suo)短(duan)設(she)備檢(jian)修及恢(hui)復(fu)供電(dian)時(shi)間(jian)，提高(gao)供(gong)電(dian)可靠性(xing)。

關(guan)鍵(jian)詞(ci)：配(pei)電(dian)；弧(hu)光保護(hu)；裝(zhuang)置(zhi)；研究(jiu)

1. 導言(yan)

長期(qi)以來，人們(men)對(dui)中(zhong)低(di)壓(ya)母線的(de)保護(hu)壹直(zhi)不夠重視(shi)，沒(mei)有保護(hu)來快(kuai)速切除(chu)配(pei)電(dian)站所內(nei)部發(fa)生的(de)故障(zhang)，往往(wang)使(shi)故障(zhang)發(fa)展擴大造(zao)成(cheng)開關(guan)設(she)備被嚴重燒(shao)毀，有的(de)甚至發(fa)展成“火燒(shao)連(lian)營"的(de)事(shi)故。同(tong)時(shi)，變(bian)電(dian)站的(de)變(bian)壓器(qi)由於(yu)遭(zao)受外(wai)部短(duan)路電(dian)流(liu)沖擊造(zao)成(cheng)內(nei)部損傷(shang)的(de)事(shi)故也逐(zhu)年(nian)增(zeng)加，這(zhe)些(xie)配(pei)網(wang)事故如果處理(li)不當(dang)易被擴大發(fa)展為輸電(dian)網(wang)或(huo)變(bian)電(dian)設(she)備事(shi)故，造(zao)成(cheng)重大(da)的(de)經(jing)濟(ji)損失。究(jiu)其原因(yin)大多(duo)是(shi)因為(wei)配電(dian)站所沒(mei)有裝(zhuang)設(she)的(de)中(zhong)低(di)壓(ya)母線保護(hu)，不能快速切除(chu)故障(zhang)造(zao)成(cheng)的(de)。所(suo)以，為(wei)了保證(zheng)上(shang)級(ji)變(bian)電(dian)站主變(bian)及配(pei)網(wang)開關(guan)櫃母線開關(guan)設(she)備的(de)安全(quan)運行(xing)，根(gen)據繼電(dian)保護(hu)快速性(xing)的(de)要求，迫切需要研發(fa)快速切除(chu)配(pei)電(dian)開關(guan)櫃櫃內(nei)故障(zhang)的(de)快(kuai)速保護(hu)技術(shu)。

1. 研究(jiu)內(nei)容(rong)

2.1總(zong)體(ti)思(si)路

為有效減少(shao)電(dian)弧(hu)損傷(shang)，國外(wai)對(dui)各種(zhong)燃弧(hu)持(chi)續時間(jian)進行(xing)試(shi)驗並得(de)出對(dui)設(she)備造(zao)成(cheng)的(de)損害程(cheng)度，開關(guan)櫃可以承(cheng)受的(de)電(dian)弧(hu)燃燒(shao)時間(jian)為100ms，電(dian)弧(hu)光產生後(hou)，其危(wei)害程(cheng)度取決於(yu)電(dian)弧(hu)電(dian)流(liu)及切除(chu)時(shi)間(jian)，電(dian)弧(hu)產生的(de)能(neng)量(liang)與I2t成(cheng)指數(shu)規(gui)律快(kuai)速上(shang)升(sheng)。由於(yu)弧(hu)光故障(zhang)在斷路器(qi)動作前，故障(zhang)短路電(dian)弧(hu)是(shi)壹直(zhi)在燃燒(shao)的(de)，只(zhi)有在短(duan)時間(jian)內(nei)切除(chu)故障(zhang)才能使(shi)設(she)備不遭(zao)受損害。若總切除(chu)時(shi)間(jian)大於(yu)100ms，輕則(ze)設(she)備局(ju)部燒(shao)損，重則(ze)造(zao)成(cheng)開關(guan)櫃爆(bao)炸以及(ji)人員(yuan)傷(shang)亡(wang)。

目前，國內(nei)尚無(wu)用於(yu)配(pei)電(dian)開關(guan)櫃母線的(de)保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)，而用於(yu)變(bian)電(dian)站中(zhong)、低(di)壓(ya)母線的(de)保護(hu)主要有三種(zhong)，壹種(zhong)為變(bian)壓器(qi)後備過(guo)流(liu)保護(hu)，典型的(de)保護(hu)動作(zuo)時間(jian)1.2s～2.0s；壹種(zhong)為采用饋線過(guo)流(liu)保護(hu)閉(bi)鎖變(bian)壓器(qi)過(guo)流(liu)保護(hu)，典型的(de)保護(hu)動作(zuo)時間(jian)為300ms～500ms；另壹種(zhong)為采用環流(liu)原理的(de)高(gao)阻(zu)抗(kang)母線差(cha)動保護(hu)，典型的(de)保護(hu)動作(zuo)時間(jian)為30ms～50ms，考慮(lv)到斷路器(qi)的(de)分(fen)閘時(shi)間(jian)，切除(chu)故障(zhang)時間(jian)大於(yu)100ms。均(jun)不滿足小(xiao)於(yu)100ms的(de)工(gong)作(zuo)要求。

從(cong)實(shi)際(ji)應(ying)用情況(kuang)來看，現有的(de)保護(hu)方案(an)是(shi)顯(xian)然不能滿足快(kuai)速切除(chu)母線故障(zhang)或(huo)保護(hu)覆蓋(gai)範(fan)圍要求的(de)，變(bian)壓器(qi)後備過(guo)流(liu)保護(hu)動作(zuo)時間(jian)過(guo)長，不能起到有效的(de)保護(hu)作用(yong)，高(gao)阻(zu)抗(kang)母線差(cha)動保護(hu)範圍(wei)受CT安裝(zhuang)位(wei)置的(de)限制(zhi)，接(jie)線復(fu)雜(za)，CT要求高(gao)，不能保護(hu)到發(fa)生故障(zhang)幾(ji)率(lv)較(jiao)高(gao)的(de)電(dian)纜(lan)室(shi)電(dian)纜(lan)接(jie)頭處的(de)故障(zhang)，且總體(ti)造(zao)價(jia)昂貴。迫切需要采用壹種(zhong)新型中(zhong)壓(ya)母線保護(hu)系(xi)統(tong)，以解(jie)決目(mu)前實(shi)際(ji)運行(xing)中(zhong)由於(yu)中(zhong)低(di)壓(ya)母線發(fa)生故障(zhang)幾(ji)率(lv)較(jiao)高(gao)、延(yan)遲(chi)切除(chu)故障(zhang)導致(zhi)故障(zhang)發(fa)展、擴大，從(cong)而造(zao)成(cheng)的(de)巨(ju)大的(de)經(jing)濟(ji)損失的(de)問題(ti)。

配電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)圓滿的(de)解(jie)決(jue)了(le)這(zhe)壹問題(ti)，該(gai)裝(zhuang)置(zhi)根(gen)據檢測到的(de)電(dian)弧(hu)光信號(hao)，在短(duan)時間(jian)內(nei)（<7ms保護(hu)動作(zuo)出口(kou)）即可切除(chu)母線（及(ji)饋線）故障(zhang)，可有效防(fang)止35kV和(he)10kV母線和(he)斷路器(qi)故障(zhang)引起(qi)主變(bian)壓器(qi)損壞(huai)事故的(de)發(fa)生，保障(zhang)設(she)備及(ji)人員(yuan)安全(quan)，降低(di)損失，現已(yi)應(ying)用於(yu)電(dian)力(li)相關(guan)行(xing)業(ye)。

2.2裝(zhuang)置(zhi)構成

配電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)是(shi)壹種(zhong)快速可靠的(de)中(zhong)低(di)壓(ya)母線保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)，它(ta)采用檢測弧(hu)光和(he)過(guo)流(liu)雙判據原(yuan)理，具(ju)有原理簡單(dan)、動作可靠迅(xun)速、對(dui)變(bian)電(dian)站壹次設(she)備無(wu)特殊(shu)要求、適應(ying)於(yu)各種(zhong)運行(xing)方(fang)式、且在各種(zhong)運行(xing)方(fang)式下(xia)保護(hu)不需要切換(huan)等(deng)優點，為目(mu)前發(fa)電(dian)廠(chang)、變(bian)電(dian)站、工業(ye)及(ji)商(shang)業(ye)配(pei)電(dian)系(xi)統(tong)380V～35kV中(zhong)低(di)壓(ya)母線保護(hu)理想(xiang)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。配電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)是(shi)在長期(qi)電(dian)氣(qi)自動化(hua)產品設(she)計(ji)研(yan)發(fa)的(de)基礎上(shang)，吸收國外(wai)技術(shu)理念(nian)研制的(de)新壹代(dai)智能(neng)型弧(hu)光保護(hu)產品。主要包(bao)括弧(hu)光保護(hu)主單(dan)元、弧(hu)光采集(ji)單(dan)元、饋線保護(hu)和(he)弧(hu)光傳感器(qi)等四個單(dan)元，分(fen)別(bie)介(jie)紹如下(xia)：2.2.1弧(hu)光保護(hu)主單(dan)元

主單(dan)元包(bao)含(han)有電(dian)流(liu)檢測和(he)斷路器(qi)失靈保護(hu)，它(ta)通(tong)過(guo)檢測(ce)短(duan)路電(dian)流(liu)和(he)來自弧(hu)光傳感器(qi)的(de)動(dong)作(zuo)信(xin)息，並對(dui)收集(ji)的(de)數(shu)據(ju)進行(xing)處理(li)、判斷，發(fa)出跳(tiao)閘信(xin)號(hao)以切除(chu)故障(zhang)。該(gai)裝(zhuang)置(zhi)只要在同(tong)時檢(jian)測到(dao)弧(hu)光和(he)過(guo)流(liu)時才發(fa)出跳(tiao)閘指(zhi)令。在進線斷路器(qi)未能動作切除(chu)故障(zhang)時，它(ta)將(jiang)啟(qi)動(dong)斷路器(qi)失靈保護(hu)邏(luo)輯，發(fa)出跳(tiao)閘指(zhi)令給上(shang)遊(you)斷路器(qi)切除(chu)故障(zhang)。此外(wai)，主單(dan)元根(gen)據采集(ji)單(dan)元傳送來的(de)弧(hu)光傳感器(qi)的(de)動(dong)作(zuo)信(xin)息，提供弧(hu)光故障(zhang)點的(de)定(ding)位(wei)及報(bao)警(jing)信息。主單(dan)元接入(ru)若幹弧(hu)光采集(ji)單(dan)元，並且可以支持(chi)RS485、以太(tai)網(wang)等多(duo)種(zhong)接口(kou)方(fang)式，支持(chi)Profibus、ModBus、CAN、IEC103、IEC104等(deng)多(duo)種(zhong)通訊(xun)規(gui)約。

2.2.2弧(hu)光采集(ji)單(dan)元

每個采集(ji)單(dan)元可接(jie)入(ru)8個弧(hu)光傳感器(qi)。采集(ji)單(dan)元的(de)地址通過(guo)面板(ban)進行(xing)設(she)定。當(dang)系(xi)統(tong)發(fa)生弧(hu)光故障(zhang)時，采集(ji)單(dan)元收集(ji)來自弧(hu)光傳感器(qi)的(de)動(dong)作(zuo)信(xin)息並傳送給主單(dan)元，在主單(dan)元上(shang)顯(xian)示(shi)采集(ji)單(dan)元和(he)弧(hu)光傳感器(qi)的(de)地址編(bian)號(hao)，有利於(yu)及(ji)時(shi)檢修和(he)排除(chu)故障(zhang)。

2.2.3饋線采集(ji)單(dan)元

該(gai)單(dan)元作為饋線型弧(hu)光保護(hu)的(de)單(dan)元獨(du)立(li)使(shi)用，每(mei)個單(dan)元可提供3個弧(hu)光采集(ji)輸入(ru)，采用探頭方式采集(ji)弧(hu)光，當(dang)饋線櫃中(zhong)發(fa)生弧(hu)光時跳(tiao)開該(gai)饋線櫃中(zhong)的(de)斷路器(qi)。

2.2.4弧(hu)光傳感器(qi)

弧(hu)光傳感器(qi)安裝(zhuang)在開關(guan)櫃各間(jian)隔室中(zhong)，可實(shi)現對(dui)由簡單(dan)到各種(zhong)復(fu)雜(za)接線(xian)中(zhong)、低(di)壓(ya)開關(guan)櫃提供有選擇(ze)性的(de)保護(hu)。弧(hu)光傳感器(qi)作為光感應(ying)元件，將(jiang)檢(jian)測在發(fa)生弧(hu)光故障(zhang)時突然增加的(de)光強，並將(jiang)光信號(hao)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)流(liu)信號(hao)傳送給采集(ji)單(dan)元。

2.3裝(zhuang)置(zhi)功能

配電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)是(shi)壹種(zhong)快速可靠的(de)中(zhong)低(di)壓(ya)母線保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)，它(ta)采用檢測弧(hu)光和(he)過(guo)流(liu)雙判據原(yuan)理，具(ju)有原理簡單(dan)、動作可靠迅(xun)速、對(dui)配電(dian)站壹次設(she)備無(wu)特殊(shu)要求、適應(ying)於(yu)各種(zhong)運行(xing)方(fang)式、且在各種(zhong)運行(xing)方(fang)式下(xia)保護(hu)不需要切換(huan)等(deng)優點，為目(mu)前電(dian)力(li)系(xi)統(tong)380V～35kV中(zhong)低(di)壓(ya)母線保護(hu)提供了理(li)想的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，實(shi)現了(le)對(dui)配網(wang)開關(guan)設(she)備的(de)弧(hu)光故障(zhang)的(de)監(jian)測(ce)與(yu)保護(hu)，保證(zheng)了電(dian)網(wang)的(de)安全(quan)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)；有效的(de)增(zeng)強了對(dui)變(bian)壓器(qi)、配電(dian)開關(guan)櫃等(deng)設(she)備的(de)防(fang)護(hu)措施(shi)，消除(chu)了(le)弧(hu)光產生故障(zhang)可能(neng)對(dui)設(she)備和(he)人身產生的(de)安全(quan)隱(yin)患(huan)：

1）全(quan)數(shu)字化設(she)計(ji)，整(zheng)定參(can)數(shu)時(shi)無(wu)需撥(bo)碼開關(guan)及電(dian)位(wei)器(qi)等機(ji)械元(yuan)件，精(jing)度高(gao)，無(wu)振動(dong)、磨損等(deng)隱(yin)患(huan)。

2）弧(hu)光信號(hao)可在采集(ji)單(dan)元之(zhi)間(jian)串行(xing)傳輸，從(cong)而使(shi)監測(ce)點的(de)數(shu)量(liang)可任(ren)意增(zeng)加，且大大(da)減少(shao)了(le)傳輸光纖的(de)成(cheng)本。

3）動作(zuo)判據可設(she)，動作(zuo)判據可設(she)置為(wei)弧(hu)光加電(dian)流(liu)或(huo)僅(jin)弧(hu)光。

4）弧(hu)光探頭(tou)330度大(da)角度采集(ji)弧(hu)光信號(hao)，保證(zheng)動作的(de)準確性和(he)可靠性(xing)。

5）定(ding)時發(fa)送光秒脈(mai)沖信(xin)號(hao)，檢(jian)測(ce)光纖回(hui)路是(shi)否有破損及(ji)斷開等(deng)故障(zhang)隱(yin)患(huan)。

3.應(ying)用情況(kuang)

基於(yu)該(gai)研究(jiu)成果，在石家莊(zhuang)奧(ao)北公元(yuan)小(xiao)區(qu)開閉(bi)所安裝(zhuang)了(le)14套配電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)，目前該(gai)配電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)運行(xing)穩(wen)定(ding)可靠。配(pei)電(dian)站開關(guan)櫃弧(hu)光保護(hu)系(xi)統(tong)的(de)投(tou)入(ru)使(shi)用，消(xiao)除(chu)了(le)弧(hu)光產生故障(zhang)可能(neng)對(dui)設(she)備和(he)人身產生的(de)安全(quan)隱(yin)患(huan)，保護(hu)運維(wei)人員(yuan)人身和(he)開關(guan)櫃及(ji)櫃內(nei)設(she)備的(de)安全(quan)，可實(shi)現快(kuai)速切除(chu)開關(guan)櫃本體(ti)故障(zhang)，能在開關(guan)櫃耐(nai)受(shou)燃弧(hu)時(shi)間(jian)以內(nei)切除(chu)故障(zhang)，從(cong)根(gen)本上(shang)限制(zhi)故障(zhang)電(dian)弧(hu)，將(jiang)大限度地限制(zhi)弧(hu)光故障(zhang)對(dui)開關(guan)設(she)備的(de)損壞(huai)，並降(jiang)低對(dui)配網(wang)運維(wei)人員(yuan)的(de)傷(shang)害。限制(zhi)開關(guan)設(she)備的(de)損壞(huai)，即阻(zu)斷了故障(zhang)發(fa)展的(de)可能(neng)性(xing)，從(cong)而可避(bi)免(mian)上(shang)級(ji)變(bian)電(dian)站主變(bian)壓器(qi)長時(shi)間(jian)遭(zao)受短路電(dian)流(liu)的(de)沖(chong)擊(ji)而(er)損壞(huai)。配電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)有效的(de)限制(zhi)了(le)弧(hu)光短路故障(zhang)損壞(huai)開關(guan)設(she)備及(ji)上(shang)級(ji)變(bian)壓器(qi)，為電(dian)力(li)企(qi)業(ye)節(jie)省(sheng)了對(dui)設(she)備的(de)大(da)量(liang)維(wei)護(hu)費用(yong)，各方面提升生產現場(chang)的(de)作(zuo)業(ye)水(shui)平(ping)，達(da)到安全(quan)生產的(de)目(mu)的(de)。

4.安科(ke)瑞(rui) ARB5系(xi)列弧(hu)光保護(hu)的(de)原(yuan)理(li)及(ji)系(xi)統(tong)組(zu)成

弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)通過(guo)弧(hu)光+電(dian)流(liu)突變(bian)量(liang)雙重判據或(huo)弧(hu)光單(dan)判據啟(qi)動(dong)保護(hu)，其動(dong)作時(shi)間(jian)為

弧(hu)光單(dan)判據動(dong)作時(shi)間(jian)≤7ms；

弧(hu)光+電(dian)流(liu)雙判據時(shi)間(jian)≤20ms。

ARB5系(xi)列弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)由ARB5-M主控(kong)單(dan)元、ARB5-E擴展單(dan)元、ARB5-S弧(hu)光探頭(tou)、弧(hu)光光纖以及(ji)尾纖等配(pei)件(jian)構(gou)成。

5.結(jie)語(yu)

配(pei)電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)為中(zhong)低(di)壓(ya)母線提供了壹個理想(xiang)的(de)防(fang)護(hu)解決(jue)方案(an)，可以保護(hu)運維(wei)人員(yuan)人身和(he)開關(guan)櫃及(ji)櫃內(nei)設(she)備的(de)安全(quan)，當(dang)現場(chang)櫃體(ti)中(zhong)產生弧(hu)光時，能(neng)夠(gou)做到(dao)快速判斷、切斷電(dian)源，減(jian)少(shao)停電(dian)範(fan)圍(wei)，保證(zheng)了電(dian)網(wang)的(de)安全(quan)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)，有效的(de)增(zeng)強了對(dui)變(bian)壓器(qi)、配電(dian)開關(guan)櫃等(deng)設(she)備的(de)防(fang)護(hu)措施(shi)，提升了安全(quan)生產管理(li)水(shui)平(ping)、社(she)會和(he)經(jing)濟(ji)效益(yi)及(ji)效(xiao)果，具(ju)備(bei)良好(hao)的(de)應(ying)用效果和(he)推(tui)廣(guang)前景。

參(can)考文獻(xian)：

[1]王代(dai)遠(yuan)，朱慶(qing)洋(yang)，李(li)雲(yun)玲.新型配(pei)電(dian)弧(hu)光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)的(de)研(yan)究(jiu)和(he)應(ying)用

[2]李(li)從(cong)飛；陳凡(fan),魯雅斌(bin),田偉.DPR360ARC弧(hu)光保護(hu)系(xi)統(tong)設(she)計(ji)[J]；電(dian)力(li)系(xi)統(tong)保護(hu)與控(kong)制(zhi)；2010年(nian)12期(qi)

[3]徐東晟,邱(qiu)誌(zhi)人.快速滅弧(hu)開關(guan)在中(zhong)壓(ya)開關(guan)櫃上(shang)的(de)應(ying)用[J]；科(ke)技(ji)與(yu)企(qi)業(ye)；2012年(nian)24期(qi)

[4]安科(ke)瑞(rui)企(qi)業(ye)微(wei)電(dian)網(wang)設(she)計(ji)與(yu)應(ying)用手冊(ce)2020.06版(ban)．

[5]安科(ke)瑞(rui)用(yong)戶(hu)變(bian)電(dian)站變(bian)配電(dian)監(jian)控(kong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)2021.10