浅析电弧光保护在中低压母线系统中的应用方案
浅析电弧光保护在中低压母线系统中的应用方案
李明君
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：近年来，中低压开关柜在电力系统中得到了广泛应用，中低压开关柜体积小、可标准化生产。从而占据了电力市场的重要份额。而中低压开关柜体积较小、设备间距偏小，柜体内的弧光短路故障时有发生，造成开关设备被严重烧毁的事故屡屡发生。本文分析了弧光短路的特性，现有保护方案存在的问题，介绍了一种新型中低压母线电弧光保护系统，强调了配置该型系统的必要性。
关键词：中低压母线；电弧光保护系统；应用；
1概述
在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线一般不考虑稳定问题，因此一般未装设单独的母线保护。南于中低压母线上的出线多，操作频繁，三相导体线间距离与大地的距离比较近，容易受小动物危害等原因，中低压母线的故障几率比高压、压母线高得多。由于人们对中低压母线保护不够重视，多采用带有较大延时的后备保护来切除母线上的故障，往往造成事故的发展和扩大，造成了巨大的经济损失。究其原因大多是因为没有装设单独设置的中低压母线保护，未能快速切除故障造成的。在设备的使用过程中母线上的操作比较频繁，设备绝缘老化、机械磨损是必然现象，运行条件发生改变以及人为操作错误，会导致母线故障率升高，对变电站的运行存在安全隐患。
2电弧光短路特性分析
2.1故障电弧产生的原因
发生在开关柜内部的弧光短路故障，究其原因可归纳为两类，一类是设备原因，另一类是人为原因。将这些原因做具体分析，得到以下5种情况：
(1)设备绝缘故障。目前开关柜内部空间越来越小，造成开关柜中部分绝缘材料爬距不够，绝缘强度不足，长期运行容易造成绝缘击穿放电事故。
(2)载流回路接触不良。这类因素一般是一次设备的连接部分不牢靠引起的。
(3)外来物体的影响。一般是老鼠等小动物的进入或工作人员工作结束后误将扳手物品在开关柜内部。
(4)人为误操作。由于操作人员操作目的不清楚，操作时精神不集中，会造成误人其他带电间隔、误操作等。
(5)系统的原因。主要有系统容量逐年递增、系统接地方式变化、电力电缆的广泛应用、系统的谐振、继保设备和安全自动装置选型、配置不当等因素。
2.2故障电弧的危害
发生弧光故障时产生的明亮弧光，不但可能引起运行维护人员暂时性失明，巨大的声响效应还可能引起人的休克，这些对人体的伤害都是巨大的。一旦燃弧时间超过了lOOms，其所释放的便会迅速，而随着燃烧时间的延长，将陆续造成开关柜内的各种电缆、连接铜排和钢板等材料的燃烧、熔化。如果故障发生时，恰好有检修、运行人员在开关柜周围工作，特别是开关柜门因为工作需要已经打开的情况下，则故障电弧产生的巨大将会对工作人员造成巨大的伤害。
3现有中低压母线保护方案存在的问题
3.1主变中低压侧后备保护方案
此方案需考虑母线上的出线与母分开关的配合问题，因此其动作时限一般较长，通常时间定值取1．0～1．4秒。很明显，如此长动作时限的保护来隔离故障是无法满足快速f生这一继电保护的基本要求的，很有可能造成事故的发展扩大，造成更大的损失。
3.2出线的过流保护方案
此方案利用出线线路保护中的过流保护来实现。当过流保护动作后，跳开出线开关的同时闭锁主变相应侧的过流保护。这种方案保护动作时限一般整定为300～1400ms，在这段时间内，造成事故发展扩大的概率依然较高，所以，此方案仍然不能满足系统稳定的需要。
3.3高阻抗母线差动保护方案
此方案专门装设一套中低压母线电流差动保护，保护的动作时间经验值一般35,-60ms，如果要加上断路器固有的分闸时间，从故障开始到故障切除之间的时间则显得偏长。同时，此方案对CT的要求相对较高，保护范围受cT安装位置影响，旧站改造该型保护工程量较大。
4新型电弧光保护系统
4.1电弧光保护的原理
电弧光保护的原理简单，其通过安装于开关柜或电缆沟等地的光感探头感受到光的增量变化，同时检测CT中二次电流的增量，两者构成“与”门，从而发出跳闸命令。如果偶尔光线信号超过光线设定值或者电流信号超过电流设定值，系统不会输出跳闸信号，也不会记忆在跳闸回路中，但可在主控单元上显示报警信号，有利于运行人员及时发现不正常状态。
4.2电弧光保护的系统组成
(1)主控单元。主控单元犹如人的大脑，负责控制、管理整个系统。它通过接收电流单元传来的过流信号和弧光传感器或弧光单元传来的弧光信号，并对其进行分析、判断，在满足过流信号与弧光信号的“与”逻辑时，发出跳闸指令以故障。
(2)电流单元。电流单元用于检测过电流信号，可分A，B，c三相分别检测。其检测到的信号通过光纤和数据线传输到主控单元，主控单元依据设定的逻辑，判断是否发出跳闸指令。
(3)弧光单元。弧光单元配置若干个弧光检测接口，这些接121均为光纤接15，用于
连接弧光传感器。弧光单元检测到弧光信号后，通过光纤盒数据线传输到主控单元，主控单元依据设定的逻辑，判断是否发出跳闸指令。
(4)弧光传感器。母线保护的无源弧光传感器是探测弧光的光感应原件。当发生电弧光故障时，光的强度大幅度增加，弧光传感器就会把光信号传送给主控单元或者弧光单元。
4.3电弧光保护的优点
电弧光保护已逐步发展为现阶段中低压母线系统中较为理想的母线保护。其具有以下优点：
(1)保护原理简单。通过感受故障点电弧光和采集电源进线电流构成“与”门，系统的组成也相对简单。
(2)动作迅速可靠。通过采用快速动作的继电器，能够保证发生故障时在短的时间内发出跳闸命令，确保设备外观不受损坏。
(3)故障点定位功能。根据弧光传感器的实际安装位置可以实现分区保护的功能。
(4)具有较强的抗干扰能力。电弧光保护系统采用无源弧光传感器探测弧光，各组成部分采用光纤连接，确保了整个弧光保护系统的可靠性及高强的抗干扰能力。
(5)配置灵活、适应性强。系统使用处理器技术，通过对弧光和过电流动作信号的灵活编程，可对各段母线提供选择性保护，适用于不同类型的接线和运行方式。
5安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明
ARB5-弧光主控单元
| 技术参数代码 | 代码说明 |
| 弧光主控板数 | |
| 0 | 0块主控板，可接0块采集板信号 |
| 1 | 1块主控板，可接6块采集板信号 |
| 2 | 2块主控板，可接12块采集板信号 |
| 3 | 3块主控板，可接18块采集板信号 |
| 4 | 4块主控板，可接24块采集板信号 |
| 弧光采集板数 | |
| 0 | 0块采集板，可直接采集0个弧光探头信号 |
| 1 | 1块采集板，可直接采集5个弧光探头信号 |
| 2 | 2块采集板，可直接采集10个弧光探头信号 |
| 3 | 3块采集板，可直接采集15个弧光探头信号 |
| 4 | 4块采集板，可直接采集20个弧光探头信号 |
| 电流输入 | |
| 1 | 1A |
| 5 | |
| 电源 | |
| 1 | 装置电源为DC110V，开入电源DC110V |
| 2 | 装置电源为DC220V，开入电源DC220V |
| 3 | 装置电源为AC110V，开入电源DC24V（装置自带） |
| 4 | 装置电源为AC220V，开入电源DC24V（装置自带） |
| 电源 | |
| 0 | 不需要 |
| 1 | 支持MMS |
| 2 | 支持MMS，GOOSE |
（1）＊表示可选附件，需要另外增加费用1500元。
（2）主控板和采集板数量之和不能大于4。
（3）弧光探头到采集板的长度不能超过20米。
（4）如有特殊要求，请特别注明。
6安科瑞ARB5-M弧光保护产品功能和技术参数
| 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 |
7安科瑞ARB5-M弧光保护产品现场安装
弧光保护主控单元、探头安装图如下。
8结束语
随着国民经济的快速发展，电力系统也在不断发展壮大，各地配网容量逐年递增，中低压母线故障对系统安全运行造成了严重的影响。如何解决中低压母线系统的保护问题已成为各电厂、电力公司当前的一项重要工作。新型电弧光保护具有原理简单、动作迅速、配置灵活等特点，为解决中低压母线系统的保护问题提供了理想的方案。
参考文献：
[1]于兴羽,方宇,刘学敏,王华锋．浅谈新型电弧光保护中低压母线系统中的应用
[2]田广青.电弧光保护及其在中低压开关柜和母线保护中的应用[J]电工技术杂志，20O4
(O1)．
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5（版）.
作者简介：
李明君，男，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究中低压综合保护及绝缘监测系统