半導體行業(yè)低壓配電采用弧光保護必要性分析

王秉讓，楊建峰，連建軍，李占庭，穆文濤

（中國電子系統(tǒng)工程第四建設有限公司，河北石家莊 050000）

1 低壓配電系統(tǒng)電源側短路故障切除時間介紹

以圖1 所示的低壓系統(tǒng)為例，分析帶低壓綜保的配電系統(tǒng)故障切除時間。

圖1 10 kV/0.4 kV 配電系統(tǒng)單線圖

（1）根據(jù)低壓配電系統(tǒng)參數(shù)，對短路點參數(shù)進行計算，結果見表1。

表1 10 kV/0.4 kV 短路點參數(shù)

（2）對高低壓開關進行整定，結果見表2。

表2 高低壓開關整定值

（3）根據(jù)高低壓開關整定值，未加弧光保護的故障切除時間（DL2 開啟瞬時保護）見表3。

表3 未加弧光保護的故障切除時間（DL2 開啟瞬時保護）

K1 點弧光短路，兩相短路電流可達10.9 kA，達到DL1 開關的速斷保護值2.68 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，故障切除時間85 ms。

K2 點弧光短路，兩相短路電流可達1.77 kA，達到DL1 開關的短延時保護值0.4 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，加延時時間600 ms，故障切除時間685 ms。

K3 點弧光短路，兩相短路電流可達1.77 kA，達到DL2 開關的速斷時保護值0.96 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，故障切除時間85 ms。

K4 點弧光短路，兩相短路電流可達1.77 kA，達到DL3 開關的速斷時保護值0.64 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，故障切除時間85 ms。

（4）根據(jù)高低壓開關整定值，未加弧光保護的故障切除時間（DL2 關閉瞬時保護）見表4。

表4 未加弧光保護的故障切除時間（DL2 關閉瞬時保護）

K1 點弧光短路，兩相短路電流可達10.9 kA，達到DL1 開關的速斷保護值2.68 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，故障切除時間85 ms。

K2 點弧光短路，兩相短路電流可達1.77 kA，達到DL1 開關的短延時保護值0.4 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，加延時時間600 ms，故障切除時間685 ms。

K3 點弧光短路，兩相短路電流可達1.77 kA，達到DL2 開關的短延時時保護值0.36 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，加延時時間400 ms，故障切除時間485 ms。

K4 點弧光短路，兩相短路電流可達1.77 kA，達到DL3 開關的速斷時保護值0.64 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，故障切除時間85 ms。

（5）根據(jù)高低壓開關整定值，加弧光保護的故障切除時間（DL2 關閉瞬時）見表5。

表5 加弧光保護的故障切除時間（DL2 關閉瞬時）

K1 點弧光短路，兩相短路電流可達10.9 kA，達到開關DL1 的速斷保護值2.68 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，故障切除時間85 ms。

K2 點弧光短路，兩相短路電流可達1.77 kA，弧光短路判據(jù)加達到DL1 開關的弧光保護值0.4 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，加延時時間0 ms，故障切除時間85 ms。

K3 點弧光短路，兩相短路電流可達1.77 kA，弧光短路判據(jù)加達到DL1 開關的短延時保護值0.4 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms 加延時時間0 ms，故障切除時間85 ms。

K4 點弧光短路，兩相短路電流可達1.77 kA，達到DL3 開關的速斷時保護值0.64 kA，故障判斷及斷路器切斷時間總計85 ms，故障切除時間85 ms。

2 半導體行業(yè)配電系統(tǒng)現(xiàn)有綜保分析

半導體行業(yè)現(xiàn)有綜保系統(tǒng)，低壓總開關DL2 速斷保護關閉，保證在低壓開關DL3 饋出的電纜或母線發(fā)生短路時，不會引起DL2 速斷動作而造成故障停電范圍擴大。但通過表4 可以看出，在變壓器低壓出線至低壓饋出開關DL3 上口的銅排、母線弧光短路時，在K2 點的故障切除時間為685 ms；在K3 點的故障切除時間為485 ms。在低壓柜內發(fā)生弧光短路超過100 ms就會造成低壓柜不可恢復的損壞。

根據(jù)以上分析可以看出，半導體行業(yè)的供電可靠性非常重要，但恢復供電時間也是重中之重?，F(xiàn)在外資品牌施耐德、西門子、ABB 以及國產(chǎn)優(yōu)質眾多品牌都有弧光短路保護產(chǎn)品。在變壓器低壓接線柱至低壓饋出開關DL3 上口的主母排安裝弧光短路保護感光探頭進行弧光保護，并與高壓開關DL1 的過流保護進行聯(lián)鎖發(fā)出DL1 跳閘信號，可以使K2、K3 處的弧光短路時總的故障切除時間達到85 ms，保護低壓柜內設備，使弧光短路故障發(fā)生后的恢復供電時間大大縮短。

3 某半導體行業(yè)配電系統(tǒng)弧光短路故障實例

發(fā)生弧光短路的低壓總開關DL2 如圖2 所示，弧光短路發(fā)生時的故障錄波如圖3 所示。

圖2 發(fā)生弧光短路的低壓總開關DL2

圖3 發(fā)生弧光短路DL2開關的故障錄波

圖3 所示的故障錄波是DL2 開關的電壓、電流波形，從上到下依次為A 相電壓、A 相電流、B 相電壓、B相電流、C 相電壓、C 相電流。電流數(shù)值來自開關下口電流互感器，故在DL2 上口發(fā)生弧光短路時感測不到故障電流，在弧光短路移動到其下口以后才感測到故障電流。從圖中可以看出，弧光短路發(fā)生后，電壓波形發(fā)生畸變。根據(jù)故障錄波波形，開關DL2 上口先發(fā)生弧光短路，經(jīng)過15 個周波（300 ms）后，孤光短路由DL2 上口移動到DL2 下口，又經(jīng)過19 個周波（380 ms）后，高壓開關DL1 跳閘，總計故障切除時間為680 ms。該時間同表4 中K2 點弧光短路故障的切除時間685 ms 相同。

4 結論

通過上述分析，可以得出以下結論：

（1）對于低壓供配電系統(tǒng)，由于變壓器高壓開關的速斷保護值超過低壓三相短路電流值。故在變壓器低壓接線柱至低壓總開關上口發(fā)生三相短路時，故障切除時間為高壓開關的短延時保護延時時間加斷路器動作時間（約85 ms），故障總切除時間達到600 ms 以上，遠大于低壓柜要求的100 ms 弧光短路切除時間，故加弧光短路保護是必要的。

（2）半導體行業(yè)低壓配電綜保系統(tǒng)，低壓進線斷路器關閉瞬時保護，故在變壓器低壓接線柱至低壓進線開關上口發(fā)生三相短路時，故障切除時間為高壓開關的短延時加斷路器動作時間85 ms，故障總切除時間達到600 ms 以上。在低壓總開關下口至低壓饋出開關上口母排發(fā)生三相短路時，故障切除時間為低壓進線開關的短延時加斷路器動作時間（85 ms），故障總切除時間達到400 ms 以上，大于低壓柜要求的100 ms 弧光短路切除時間，故加弧光短路保護是必要的。

（3）現(xiàn)在外資品牌的綜保產(chǎn)品自帶弧光保護接口，設計時可以選帶弧光保護的綜保產(chǎn)品。

（4）加裝弧光保護的低壓綜保系統(tǒng)，可以大大減少低壓柜發(fā)生弧光短路故障時的損失，并大大減少恢復送電時間。