簡婷

安科瑞電氣股(gu)份(fen)有(you)限公司 上(shang)海嘉定  201801

【摘(zhai)要(yao)】：中(zhong)低(di)壓開(kai)關(guan)(guan)柜作為電能生產(chan)與分(fen)配的(de)基礎設施之一，使用(yong)量逐年增加(jia)，并(bing)且使用(yong)場合的(de)復雜性(xing)也在增加(jia)。成套開(kai)關(guan)(guan)設備中(zhong)母(mu)線故障產(chan)生的(de)弧(hu)光將燒(shao)壞其元器件(jian),從而導致事故擴大(da),往往造成較大(da)的(de)經濟損失(shi),而母(mu)線弧(hu)光保護(hu)正好解決了這個難題，能夠很好的(de)保護(hu)開(kai)關(guan)(guan)設備并(bing)降(jiang)低(di)損失(shi)。

【關鍵詞】：中低壓(ya)開關柜；母(mu)線故障；弧光保護

0 引言(yan)

       弧光放電(dian)不僅會(hui)造成(cheng)停電(dian)事故，還(huan)會(hui)造成(cheng)設(she)(she)備性損壞(huai)和(he)人身傷害，帶來(lai)不可估量(liang)的(de)損失。弧光放電(dian)事故是(shi)中低壓開關柜(ju)內嚴重的(de)事故之一(yi)，本文就幾個(ge)方(fang)面(mian)來(lai)探討中低壓母(mu)線裝(zhuang)設(she)(she)弧光保護的(de)必要性。

1 重視中低(di)壓母線(xian)故障的(de)原因

       我國(guo)電(dian)(dian)(dian)(dian)力發展建設(she)已經(jing)進(jin)入大(da)(da)(da)電(dian)(dian)(dian)(dian)網、大(da)(da)(da)機組(zu)(zu)(zu)、壓(ya)輸電(dian)(dian)(dian)(dian)階(jie)段，并且(qie)對發電(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)(zu)(zu)的(de)(de)容量要(yao)求越(yue)來(lai)越(yue)高，這對電(dian)(dian)(dian)(dian)力系(xi)統(tong)運行提出(chu)了更高的(de)(de)要(yao)求，因(yin)為單臺(tai)大(da)(da)(da)機組(zu)(zu)(zu)的(de)(de)運行情況，會(hui)直接影響(xiang)到整個電(dian)(dian)(dian)(dian)網的(de)(de)運行穩定性(xing)、性(xing)以(yi)及(ji)經(jing)濟性(xing)。同時，發電(dian)(dian)(dian)(dian)廠的(de)(de)用電(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)統(tong)與運行，對發電(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)(zu)(zu)的(de)(de)影響(xiang)也越(yue)來(lai)越(yue)大(da)(da)(da)。由此(ci)可以(yi)看出(chu)，如果(guo)中低壓(ya)母線出(chu)現故(gu)障，它會(hui)產(chan)生弧光，所(suo)產(chan)生的(de)(de)弧光對電(dian)(dian)(dian)(dian)力設(she)備(bei)及(ji)人本身的(de)(de)影響(xiang)大(da)(da)(da)，會(hui)造成不(bu)同程度的(de)(de)損傷，有時還會(hui)引發“鏈式反應(ying)"。

       現行的(de)繼電(dian)(dian)保(bao)護設(she)計標準，是采用(yong)借助(zhu)于上元件的(de)后備過流的(de)方(fang)法(fa)來保(bao)護，從而切除(chu)中低(di)壓系統母線短路(lu)的(de)問題(ti)，這樣的(de)做法(fa)存在弊端(duan)。電(dian)(dian)路(lu)故障應該在盡可能(neng)短的(de)時間得到維(wei)修，而這類保(bao)護方(fang)法(fa)會導致維(wei)修時間增長，對設(she)備也有一定的(de)損傷。這些問題(ti)如果沒有及時解(jie)決，還(huan)會引(yin)起(qi)不(bu)同程度的(de)事故，輕則會發展為(wei)輸電(dian)(dian)網故障，重則會使電(dian)(dian)力系統出現整體性故障。

2 產生中(zhong)低壓(ya)弧光故障的因素(su)

       中低壓電力系統在運行中發生(sheng)的弧光故(gu)障事故(gu)，多(duo)是受到環境(jing)條件的影響，絕緣材料(liao)受潮、設(she)備表面(mian)產生(sheng)凝露和附著污穢，從而使設(she)備絕緣水平下降引發事故(gu)。

（1）弧光產生的技(ji)術原因

       設備故障和(he)帶(dai)電(dian)(dian)設備的(de)誤(wu)操作，檢(jian)修工(gong)具遺漏在開(kai)關(guan)設備內，錯誤(wu)的(de)接(jie)線和(he)母線連接(jie)，絕緣老化(hua)和(he)機械(xie)磨損(sun)、過電(dian)(dian)壓，小動(dong)物、灰(hui)塵、溫度(du)(du)、濕度(du)(du)、腐蝕等環境因素，容性接(jie)地電(dian)(dian)流擴大(da)等。

（2）弧光產生的人為(wei)原因

       誤入帶電間隔(ge)，隔(ge)離開關誤操(cao)作(zuo)，忘記在(zai)工(gong)作(zuo)區接地，忘記測量工(gong)作(zuo)區內的高壓(ya)等。

除此之外，電(dian)力(li)系統(tong)的(de)迅速發(fa)展，電(dian)網的(de)結構(gou)總(zong)是在不停地改變(bian)，用電(dian)負(fu)(fu)載在增多，從而導(dao)(dao)致電(dian)纜增多，電(dian)量超負(fu)(fu)荷，也容易導(dao)(dao)致故障發(fa)生。

3 弧(hu)光故障事故的危害

       弧光(guang)(guang)產(chan)生的溫度可(ke)達4500℃，內部溫度甚至有(you)10000～20000℃。弧光(guang)(guang)產(chan)生時大(da)瞬(shun)時功率可(ke)達到40MW，弧光(guang)(guang)光(guang)(guang)強可(ke)超過正常照明光(guang)(guang)強2000多(duo)倍。因此中低壓(ya)開(kai)關柜內因故(gu)障而(er)產(chan)生電弧時若不能及時采取有(you)效措(cuo)施，則(ze)會產(chan)生諸多(duo)危害(hai)。

       （1）對設備的危(wei)害：電弧發生(sheng)時(shi)產(chan)生(sheng)大量高(gao)溫高(gao)壓氣體，氣體瞬(shun)時(shi)沖擊(ji)波(bo)可造成開關柜體變形、破碎；沖擊(ji)波(bo)爆破震動可造成開關柜劇烈(lie)震動，使各連接(jie)處緊固件松脫；產(chan)生(sheng)的高(gao)溫可引起(qi)電纜燃燒、銅(tong)排(pai)融化、鋁排(pai)氣化，甚至將開關柜外(wai)殼金屬融化、元器件嚴重損壞并(bing)引起(qi)火(huo)災。

       （2）對(dui)人的(de)危害：高(gao)溫(wen)灼傷皮(pi)(pi)膚(fu)(fu)；熔化的(de)金屬蒸發并(bing)滲入人的(de)皮(pi)(pi)膚(fu)(fu)表層造成皮(pi)(pi)膚(fu)(fu)金屬化；高(gao)強度弧光傷害眼睛(jing)，甚至造成角膜脫落；高(gao)溫(wen)燃燒產生(sheng)的(de)粉塵和有(you)(you)毒有(you)(you)害氣(qi)體(ti)(ti)損(sun)傷呼(hu)吸系統(tong)；弧光電流(liu)作用于人體(ti)(ti)可(ke)使(shi)肌肉產生(sheng)非自主劇烈(lie)收縮(suo)，也可(ke)損(sun)傷肌腱、皮(pi)(pi)膚(fu)(fu)、血管、神(shen)經(jing)組織等。

   ;    電弧(hu)產(chan)生(sheng)的能量(liang)與I 2t成指(zhi)數規律快速(su)上升，其(qi)不僅與故障(zhang)電流的大(da)小有(you)關，還(huan)與燃弧(hu)時間有(you)關。根據故障(zhang)點(dian)的不同(tong)，通常(chang)情況下(xia)故障(zhang)短路(lu)電流會在幾(ji)千安至幾(ji)萬(wan)安，故障(zhang)若(ruo)不能及時切除以熄滅電弧(hu)，則會產(chan)生(sheng)巨(ju)大(da)能量(liang)。總之，開關柜發生(sheng)內(nei)部電弧(hu)故障(zhang)，不論是對開發設備還(huan)是對附(fu)近的工作人員，其(qi)危險性不可謂不嚴重。

圖1 電弧能量-時(shi)間曲線(xian)

4 弧光(guang)保護與傳統保護之間的(de)比較

       傳統母線保護方案有如下(xia)幾種(zhong)。

（1）進線過流保護(hu)方案

       利用微機過流(liu)保(bao)護實現(xian)中(zhong)低壓(ya)開關柜及(ji)其母線(xian)(xian)保(bao)護方案(an)。過流(liu)保(bao)護動作(zuo)時間需(xu)與各饋線(xian)(xian)過流(liu)保(bao)護時間配合(he)，至少(shao)在300 ms 以(yi)上，動作(zuo)時間不能滿足(zu)快(kuai)速切除弧光短路(lu)故障(zhang)的要求。

（2）變壓(ya)器后備過流保(bao)護方案:

       該(gai)方(fang)案(an)是目前應用廣泛(fan)的(de)中(zhong)(zhong)低壓(ya)母(mu)線保(bao)(bao)護方(fang)案(an)，保(bao)(bao)護跳閘時間(jian)一般整定為(wei)1. 2 ～ 2. 0 s，更(geng)加不能(neng)滿足快(kuai)速切除中(zhong)(zhong)低壓(ya)母(mu)線和線路故障的(de)要求。

（3）環流原(yuan)理的高(gao)阻抗(kang)母線保護方案:

       該方案(an)是的母線(xian)保(bao)護(hu)方案(an)，保(bao)護(hu)動作時間(jian)一般為(wei)35 ～ 60 ms。但是這種方案(an)接線(xian)復雜、對(dui)CT 要求(qiu)高，安(an)裝在中低壓(ya)開關柜有很(hen)多(duo)困難(nan)，也不(bu)(bu)經濟。此(ci)(ci)外，由于其保(bao)護(hu)范圍受到(dao)CT 安(an)裝位置的限(xian)制(zhi)，不(bu)(bu)能(neng)保(bao)護(hu)發(fa)生(sheng)故(gu)(gu)障幾(ji)率較(jiao)高的電纜接頭處的故(gu)(gu)障，并且(qie)也不(bu)(bu)能(neng)提供故(gu)(gu)障定位，因此(ci)(ci)其實用性差。

       弧(hu)光(guang)保護(hu)專(zhuan)門用(yong)于(yu)來(lai)保護(hu)中低(di)壓開關柜母線，它(ta)的(de)(de)動作時(shi)間(jian)快，相比于(yu)傳統(tong)的(de)(de)保護(hu)系(xi)統(tong)，更(geng)具優越性，它(ta)采用(yong)弧(hu)光(guang)和(he)電流(liu)閉鎖(suo)的(de)(de)方法來(lai)進行雙重判斷，增加(jia)了(le)可(ke)靠性和(he)性。它(ta)在發生故(gu)障時(shi)，能準確地定位，可(ke)減(jian)少維修(xiu)(xiu)人員(yuan)查(cha)找故(gu)障點(dian)的(de)(de)時(shi)間(jian)，大(da)大(da)減(jian)短(duan)了(le)維修(xiu)(xiu)時(shi)間(jian)，從而保障事(shi)故(gu)檢修(xiu)(xiu)之后快速(su)恢(hui)復供電。

5 安科瑞ARB5系列弧光保護(hu)裝(zhuang)置(zhi)

       安(an)科瑞ARB5系(xi)列弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)保(bao)(bao)護(hu)裝置具有原理簡單(dan)、動作可靠迅速、對變(bian)電(dian)站一次設備無特殊(shu)要(yao)求(qiu)、適(shi)應于各種(zhong)運行方式、且在(zai)各種(zhong)運行方式下(xia)保(bao)(bao)護(hu)不需要(yao)切換(huan)等(deng)優點，為目前發電(dian)廠、變(bian)電(dian)站、工業及商業配電(dian)系(xi)統0.4kV - 35kV中低壓母線(xian)保(bao)(bao)護(hu)理想的解決方案。它通過弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)+電(dian)流雙重判(pan)(pan)據或弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)單(dan)判(pan)(pan)據啟(qi)動保(bao)(bao)護(hu)，其弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)單(dan)判(pan)(pan)據動作時間(jian)≤7ms；弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)+電(dian)流雙判(pan)(pan)據動作時間(jian)≤20ms，為快速切除中低壓弧(hu)(hu)光(guang)(guang)(guang)故障提供了技術支(zhi)持。

圖(tu)2 ARB5弧光保護邏輯原理圖(tu)

       ARB5弧(hu)光保(bao)護還具(ju)有(you)失(shi)靈保(bao)護、CT監(jian)測、弧(hu)光故障點定位、弧(hu)光光纖(xian)鏈路(lu)自檢及裝置異常自檢、支持包括IEC61850在內(nei)(nei)的主要行業內(nei)(nei)通(tong)訊協議等功(gong)能(neng)。

圖3 ARB5弧光保護典型配置圖

6 中低壓(ya)開關柜母線弧光保護的應用案(an)例

       安(an)科瑞(rui)ARB5系列弧(hu)光(guang)保護裝置廣泛應用(yong)于(yu)中低壓開關柜母線保護。

（1）某機場10kV開關柜母線弧(hu)光保護

圖(tu)4 某機場10kV開關(guan)柜ARB5弧光保護安裝圖(tu)

（2）某(mou)工廠0.4kV開(kai)關柜(ju)母線弧光保護(hu) 

圖(tu)(tu)5 某工廠0.4kV開關柜ARB5弧光保護安裝圖(tu)(tu)

7 結語

       中(zhong)低壓系(xi)統(tong)(tong)母(mu)線的(de)保護，不僅需(xu)要、熟練地(di)掌握技(ji)術，還(huan)需(xu)要一(yi)(yi)些保護系(xi)統(tong)(tong)來協調配合完成，而(er)弧(hu)光保護作為一(yi)(yi)個理想(xiang)的(de)解決方(fang)法，可(ke)以(yi)有(you)效地(di)解除故障，減少設備維護的(de)次數，提高電力系(xi)統(tong)(tong)的(de)經濟效益，提高電力系(xi)統(tong)(tong)的(de)性和(he)可(ke)靠性。

參(can)考(kao)文獻

[1].王新恒.中低壓系統母線裝設弧光保護的必(bi)要(yao)性分析

[2].李鷹洲.電(dian)弧光保護系統在中低壓開關柜中的應用

[3].王良毅(yi)，盧睿，曾治安(an).弧光保護在10kV開關柜(ju)中的應用(yong)

[4].安科瑞(rui)企業微電網設計與應用手冊2022.05版

作者介紹：簡婷，女，現任職于安科瑞電氣股份有限(xian)公司，主要研(yan)究方向為中低壓電力系統(tong)繼電保護和弧光保護。