電弧光保護在中低壓開關柜和母線保護中的應用

李爽

東北電力設計院 吉林長春 130021

1 中低壓開關柜和母線保護的必要性

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裝置，而中低壓母線往往在使用過程中因為頻繁的操作，加上其三相導體間與大地距離十分接近，還會受到小動物的影響，這種母線的制造質量本身就要比高壓母線低，因此設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)運行困難的問題，導致故障出現(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工作，一般采用的故障應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)暫時無法正常運營和供電，還可能造成故障問題進一步擴大化，導致更大的經濟損失和不利影響。

此外，現(xiàn)階段開關柜故障問題也越發(fā)頻繁，很多甚至出現(xiàn)開關柜起火的問題，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，用來調節(jié)電壓，保護開關，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，無法有效實現(xiàn)對電網(wǎng)和相關電氣設備的保護，這不得不讓人開始關注對于中低壓母線的保護裝置設計和應用，這是開展中低壓母線繼電保護的有效措施。

2 電弧光保護原理

電弧作為一張放電過程中的現(xiàn)象，在兩點間電壓超過介質絕緣強度極限的情況下產生，但是此事要是有重組的能量對于這種熱損失進行補償，維持合理的溫度，電弧可以持續(xù)產生。在供電系統(tǒng)中，各類開關電弧的形成是觸頭間中性質子(分子和原子)被游離的過程，在兩電極間電壓升高時，靠近電極近處空氣中的正負離子被電場加速，在移動過程中與其它空氣分子碰撞產生新的離子（即電離現(xiàn)象），在空氣被電離的同時，溫度也會快速增長，從而產生電弧，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重，通過電弧光保護系統(tǒng)設計，針對電弧光產生的不同原因來劃分，電弧光保護系統(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發(fā)生時，會發(fā)出跳閘指令，及時采取系統(tǒng)保護措施，避免開關柜和母線受損。這種保護系統(tǒng)裝置主要是電弧光保護單元、弧光傳感器以及電弧光保護輔助單元共同構成，其中，弧光傳感器能夠裝在開關設備的任何位置，可以依照弧光傳感器的實際位置來實現(xiàn)功能保護分區(qū)，在電弧光保護主單元中能夠對故障發(fā)生的具體部位進行顯示，這種電弧光保護裝置的使用，能夠縮短斷電實踐，提升故障處理效率，實現(xiàn)快速供電。

3 現(xiàn)有的中低壓開關柜和母線保護方式及存在的問題和對策

3.1 開關柜內部燃弧耐受時間

在開關柜內部出現(xiàn)弧光短路問題式，根據(jù)相關的標準，開關柜的內不燃弧時間是100毫秒，意思是中低壓開關柜能夠允許的電弧燃燒時間是不超過100毫秒的，這樣才能實現(xiàn)保護動作，實現(xiàn)對于開關柜的有效保護目標?，F(xiàn)階段，市場中使用的開關柜一般是根據(jù)IEC298 標準生產的，因此可以說，這些開關柜的電弧燃燒時間需要控制在100毫秒內。

3.2 現(xiàn)有的中低壓母線保護方式及存在的問題和對策

（1）變壓器后備過流保護?，F(xiàn)階段在中低壓的母線保護中，采用最多的保護方法就是使用變壓器后備過流保護，但是因為和母線以及饋線分段開關配合問題，保護跳閘實踐一般定位1-1．4秒，有的甚至需要超過2秒，這種保護動作時間過長，已經無法確保中低壓母線的有效保護，不能滿足快速保護的動作要求。

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

（3）采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護。這是目前對于中低壓母線和開關柜保護的最有效的方法，該保護動作的實踐在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間，因此整體動作時間也會超過100毫秒，且這種保護方式接線繁瑣，質量要求也很嚴格，成本和較高。現(xiàn)階段，智能電弧光保護裝置在中低壓母線和開關柜中對于應用比較普遍，ZXHG-601C智能電弧光保護系統(tǒng)專門根據(jù)中低壓母線系統(tǒng)的保護特點設計而成，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 結語

目前在國內中低壓母線系統(tǒng)中一般不配置專用的快速母線保護，而是依賴上一級變壓器的后備保護切除母線短路故障，這樣導致故障切除時間的延長，加大設備的損傷程度，破壞嚴重時可能造成事故進一步擴大，威脅到系統(tǒng)的穩(wěn)定運行?；」獗Ｗo就是專門針對中低壓母線的快速保護，使用感光探頭監(jiān)測開關柜內的電弧光，一旦發(fā)生閃弧，保護快速動作，能夠切除進線開關，這樣就可以大大減少因為保護動作不夠迅速引起的事故和損失。