電網中的電弧光保護裝置的功能

摘要：隨著我國電網結構的日益堅強與壯大，對電網繼電保護設備“四性"的要求也越來越，尤其是對快速性的要求達到了的度。但我國目前變電站低壓側均未配置母線差動保護，在低壓側母線發生短路時，只能依靠主變低壓側后備保護動作，無法立即切除故障。對于電力系統來說，縮短1s的切除時間，不僅能夠避免多數的設備損壞事故，更有可能防止人身傷亡事故。

關鍵詞：優勢；系統；方案配置；弧光短路；電弧光保護

        介于以上問題，本文著重討論了電弧光保護裝置的優點及構成。認真剖析了電弧光產生的原因，認真研究了幾種變電站低壓側典型接線方式下的弧光保護配置。

0引言

      內蒙古烏蘭察布電網是蒙西電網的重要組成部分，其售電量近幾年在蒙西電網中一直，2016年烏蘭察布電業局完成供電量273億KW·h，位居蒙西電網名。轄區內主要由三個電壓層級構成：層級為以慶云變、察右中變、汗海變、旗下營變、豐泉變五個500KV變電站為支撐的500KV主架；層級為21座220KV變電站的雙環網布局網架；第三層級為220KV以下35KV以上的變電站61座。隨著經濟的發展，地區負荷不斷增加。

載能作為專線用戶，多由變電站低壓側35kV、10kV電纜出線供電。這樣的出線方式致使不接地系統對地電容電流猛增，一旦線路發生接地時，容易產生間歇性過電壓，引起設備過電壓、電纜頭爆炸等危害。因此對主變會造成嚴重的沖擊，需要快速切除。但考慮到保護選擇性和靈敏性等原因，傳統的保護在主變低壓側母線及近區故障往往不能快速切除。這樣對主變以及電網系統的損害是非常大的。

1弧光保護的優勢

1、動作迅速可靠：

      采用了可靠的快速算法，可以在短時間內判斷弧光變化信號和電流變化信號并迅速出口，從發現故障到出口跳閘時間間隔優于7ms，確保開關柜內設備的弧光在100ms以內切除。

2、全數字化設計：

      本裝置采用全數字化設計，配置靈活，動作精度，而且排除了由于旋鈕或其他機械設計導致的誤差隱患。

3、保護原理簡單、合理

      根據弧光產生時的特點，裝置采用弧光和電流雙重判據，判據簡單且可以有效的保證動作的準確性。

4、強大的電氣性能

      故障弧光探頭、連接線全部采用耐溫、阻燃的分子材料，具有的電氣隔離效果。裝置滿足EMC的標準，保證了弧光保護系統的整體穩定性和動作的可靠性。

5、故障信息記錄

      在故障弧光發生并引起裝置跳閘后，主控單元或饋線保護單元可以準確的記錄是哪個弧光探頭檢測到了故障弧光，且可以詳細記錄動作時刻的三相電流值以及動作時刻的故障弧光光強。

6、多種輔助保護功能

      主控單元不但有弧光保護，還有過流保護，接地保護、斷路器失靈等輔助保護，這些保護是弧光保護的合理配置和有效補充。

2弧光保護的系統組成

1、主控單元

         主控單元是母線型弧光保護系統的核心。它檢測分析故障信號、接收分析采集單元的弧光故障信號，并對兩種信號進行綜合分析判斷。在滿足跳閘條件時，發出跳閘指令以切除故障。主控單元一般安裝在進線柜或緊鄰進線柜的開關柜的二次控制門板上。主控單元有：

        （1）3個弧光信號檢測接口，主要用于接收來自弧光采集單元的弧光故障信號；一個弧光信號輸出口，主要用于弧光故障信號輸出，用于內部連接。

        （2）3個數據通訊接口，其中一個用于輸入數據，其他的用于輸出數據。

        （3）4路快速跳閘輸出接口，符合IEC255-23繼電器標準。

        （4）2路報警出口，其中一路為裝置故障出口。

        （5）電流輸入，用于判斷故障電流。

2、輔助單元

       弧光采集單元與主控單元配合使用，是弧光保護系統的重要組成部分，主要用于采集故障弧光，并將判斷后的結果通過光信號傳遞給主控單元。單個弧光采集單元可以安裝8個弧光探頭，根據系統的大小可以任意增減弧光采集單元的數量。弧光采集單元通常安裝在選定的開關柜內中，選擇的原則是保證該單元相關光纖用量盡量少。

3、弧光傳感器

       專門用于故障弧光采集，是無源的弧光探測傳感器，安裝在開關柜的母線室內或饋線柜內電氣元件的連接處。當發生弧光故障時，光照度大幅度增加，弧光傳感器直接將光信號傳給弧光采集單元或饋線保護單元。

3弧光保護的方案配置

      分布式弧光保護系統由弧光保護主機單元和若干弧光采集單元組成?；」庵鳈C單元采集母線的進線電流，接收弧光采集單元采集到的弧光信號，采集開關位置等，并實時進行邏輯運算。發生弧光故障時，弧光主機單元動作，跳開相應的進線、或分段開關。弧光采集單元實時采集弧光傳感器的信號，并通過光纖將弧光信號級聯給弧光主機單元。

      一般情況，整個母線段配置1臺弧光主機單元；每臺弧光保護主機單元多可以接入8個弧光采集單元；每個弧光采集單元可以采集8路弧光傳感器的信號。配置弧光采集單元的數量需根據母線段間隔的多少、以及每個間隔安裝弧光傳感器的個數來確定。

4安科瑞ARB5-M弧光保護產品選型說明

ARB5-弧光主控單元

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請特別注明。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產品功能和技術參數

6安科瑞ARB5-M弧光保護產品現場安裝

      弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

7結論

      壓開關柜時常會發生弧光短路故障事故，安裝專門的母線保護設施是非常有必要的。電弧光保護系統具有原理簡單、靈敏度、動作迅速可靠等優點，從而的減小弧光短路對設備的危害。目前，國華寶日希勒電廠等一批項母的壓廠電系統中，電弧光保護裝置已得到了應用，至今運行良好。隨著應用實例的不斷增加，其運行可靠性也將更加完善。

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[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5（版）.

1.       【技術支持衛星：CDD-9888】【公從號：安科瑞能效管理解決方案】

2.       云平臺：變電所運維云平臺、分布式光伏運維云平臺、建筑能耗云平臺、企業能源管控平臺、遠程預付費管控云平臺、宿舍預付費管控云平臺、充電樁收費運營云平臺、智慧消防云平臺、安全用電管理云平臺、環保用電監管云平臺；

3.       系統解決方案：變電站綜合自動化系統、電力監控系統、配電室綜合監控系統、能耗管理系統、電能管理系統、馬達保護與監控系統、動環監控及能效分析系統、智能照明監控系統、消防設備電源監控裝置、防火門監控系統、余壓監控系統、消防應急照明和疏散指示系統；無線測溫系統；

4.       中壓測控裝置：環網柜綜合保護裝置、微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、線路保護裝置、配電變保護裝置、電動機保護裝置、備自投保護裝置、電容器保護裝置、PT檢測裝置、低壓備自投裝置、公共測控裝置、防孤島保護裝置、電流互感器過電壓保護器、溫濕度控制器、無源無線測溫傳感器、CT取電無線測溫傳感器；

5.       電力監控與保護：弧光保護裝置、電能質量在線監測裝置、電氣接點在線測溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動機(馬達）保護器、低壓線路保護器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

6.       電能管理：可編程交流電測儀表、可編程直流電測儀表、多功能全電量電表、精度網絡電力儀表、諧波表、電能質量表、海拔儀表、逆電流監測電表、電子式電能表、導軌式電能表、面板表嵌入式電表、預付費表、多用戶計量箱、物聯網儀表、無線多回路計量交流/直流表、無線多回路環保檢測模塊、正反向直流電能表、無線通訊轉換器、智能照明控制裝置；

7.       電能質量治理：有源電力濾波器、中線安防保護器、諧波保護器、靜止無功發生器、濾波補償裝置、電力電容補償裝置、集成式諧波抑制電力電容補償裝置、投切開關、功率因數補償控制器、自愈式低壓并聯電容器、串聯電抗器；

8.       電氣安全：電氣火災監控探測器、剩余電流探測器、電氣火災監控裝置、在線監控路燈計量、無線測溫顯示單元、故障電弧探測器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監測裝置、醫療機構絕緣報警顯示儀、醫療醫院用隔離變壓器、工業用絕緣監測裝置、電氣防火限流式保護器；

9.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車智能充電樁、汽車充電樁、光伏匯流采集裝置；

10.       數據中心/鐵塔基站：數據采集模塊、機房數據柜監控裝置、多回路電表、母線監控裝置、電力監控屏；

11.       智能網關：通信管理機、無線通信終端（無線通訊轉換器）、數據轉換模塊、串口服務器；

12.       電量傳感器：低壓電流互感器、開口式互感器、一次小電流互感器、0.2級電流互感器、低壓電動機保護器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號隔離器、有功功率變送器、無功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護器；

13.       環保監控：油煙在線監測儀、環保數據采集傳輸裝置；

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