弧光保护装置的应用

一、背景

长期以来，人们对中低压母线的保护一直不够重视，没有保护来快速切除配电站所内部发生的故障，往往使故障发展扩大造成开关设备被严重烧毁，有的甚至发展成“火烧连营”的事故。同时，变电站的变压器由于遭受外部短路电流冲击造成内部损伤的事故也逐年增加，这些配网事故如果处理不当易被扩大发展为输电网或变电设备事故，造成重大的经济损失。究其原因大多是因为配电站所没有装设的中低压母线保护，不能快速切除故障造成的。所以，为了保证上级变电站主变及配网开关柜母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要研发快速切除配电开关柜柜内故障的快速保护技术。

二、研究内容

2.1总体思路

为有效减少电弧损伤，国外对各种燃弧持续时间进行试验并得出对设备造成的损害程度，开关柜可以承受的电弧燃烧时间为100ms，电弧光产生后，其危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升。由于弧光故障在断路器动作前，故障短路电弧是一直在燃烧的，只有在短时间内切除故障才能使设备不遭受损害。若总切除时间大于100ms，轻则设备局部烧损，重则造成开关柜爆炸以及人员伤亡。

目前，国内尚无用于配电开关柜母线的保护装置，而用于变电站中、低压母线的保护主要有三种，一种为变压器后备过流保护，典型的保护动作时间1.2s～2.0s；一种为采用馈线过流保护闭锁变压器过流保护，典型的保护动作时间为300ms～500ms；另一种为采用环流原理的高阻抗母线差动保护，典型的保护动作时间为30ms～50ms，考虑到断路器的分闸时间，切除故障时间大于100ms。均不满足小于100ms的工作要求。

从实际应用情况来看，现有的保护方案是显然不能满足快速切除母线故障或保护覆盖范围要求的，变压器后备过流保护动作时间过长，不能起到有效的保护作用，高阻抗母线差动保护范围受CT安装位置的限制，接线复杂，CT要求高，不能保护到发生故障几率较高的电缆室电缆接头处的故障，且总体造价昂贵。迫切需要采用一种新型中压母线保护系统，以解决目前实际运行中由于中低压母线发生故障几率较高、延迟切除故障导致故障发展、扩大，从而造成的巨大的经济损失的问题。

配电弧光保护装置圆满的解决了这一问题，该装置根据检测到的电弧光信号，在短时间内（<7ms保护动作出口）即可切除母线（及馈线）故障，可有效防止35kV和10kV母线和断路器故障引起主变压器损坏事故的发生，保障设备及人员安全，降低损失，现已应用于电力相关行业。

2.2装置构成

配电弧光保护装置是一种快速可靠的中低压母线保护装置，它采用检测弧光和过流双判据原理，具有原理简单、动作可靠迅速、对变电站一次设备无特殊要求、适应于各种运行方式、且在各种运行方式下保护不需要切换等优点，为目前发电厂、变电站、工业及商业配电系统380V～35kV中低压母线保护理想的解决方案。配电弧光保护装置是在长期电气自动化产品设计研发的基础上，吸收国外技术理念研制的新一代智能型弧光保护产品。主要包括弧光保护主单元、弧光采集单元、馈线保护和弧光传感器等四个单元。

三、安科瑞ARB5系列弧光保护的原理及系统组成

弧光保护装置通过弧光+电流突变量双重判据或弧光单判据启动保护，其动作时间为

弧光单判据动作时间≤7ms；

弧光+电流双判据时间≤20ms。

ARB5系列弧光保护装置由ARB5-M主控单元、ARB5-E扩展单元、ARB5-S弧光探头、弧光光纤以及尾纤等配件构成。

型号	主要功能	技术参数
ARB5-M弧光保护主控单元	8组弧光保护	可选配4块采集板，1块采集板可采集5路探头，共支持20路弧光探头直接采集。 亦可选配4块主控板（即可接入4台ARB5-E扩展单元）1块主控板可接收6块采集板的探头，共支持120路弧光探头采集。
	4组失灵保护
	4组电流回路TA监测
	4组三相电流采集
	11路可编程跳闸出口
	非电量保护
	装置故障告警
	2路RS485
	2路以太网
	1路打印接口
	1路IRIG-B码对时接口
	支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103
	支持GOOSE输入输出（选配）
ARB5-E弧光保护扩展单元	弧光信号采集	可选配6块采集板，1块采集板可采集5路探头，共支持30路弧光探头直接采集。
	模拟状态传输
	需要配合ARB5-M主控单元使用
ARB5-S弧光探头	弧光信号监测	点式弧光传感器，可安装于母线室、电缆室或断路器室。
现场调试及工程服务费		视项目情况核价

四、结语

配电弧光保护装置为中低压母线提供了一个理想的防护解决方案，可以保护运维人员人身和开关柜及柜内设备的安全，当现场柜体中产生弧光时，能够做到快速判断、切断电源，减少停电范围，保证了电网的安全稳定运行，有效的增强了对变压器、配电开关柜等设备的防护措施，提升了安全生产管理水平、社会和经济效益及效果显著，具备良好的应用效果和推广前景。

审核编辑 黄宇