淺談母線裝設弧光保護的必要性

【摘要】：中低壓開關柜作為電能生產(chǎn)與分配的基礎設施之一，使用量逐年增加，并且使用場合的復雜性也在增加。成套開關設備中母線故障產(chǎn)生的弧光將燒壞其元器件,從而導致事故擴大,往往造成較大的經(jīng)濟損失,而母線弧光保護正好解決了這個難題，能夠很好的保護開關設備并降低損失。

引言

弧光放電不僅會造成停電事故，還會造成設備性損壞和人身傷害，帶來不可估量的損失。弧光放電事故是中低壓開關柜內(nèi)嚴重的事故之一，本文就幾個方面來探討中低壓母線裝設弧光保護的必要性。

1重視中低壓母線故障的原因

我國電力發(fā)展建設已經(jīng)進入大電網(wǎng)、大機組、壓輸電階段，并且對發(fā)電機組的容量要求越來越高，這對電力系統(tǒng)運行提出了更高的要求，因為單臺大機組的運行情況，會直接影響到整個電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性、性以及經(jīng)濟性。同時，發(fā)電廠的用電系統(tǒng)與運行，對發(fā)電機組的影響也越來越大。由此可以看出，如果中低壓母線出現(xiàn)故障，它會產(chǎn)生弧光，所產(chǎn)生的弧光對電力設備及人本身的影響大，會造成不同程度的損傷，有時還會引發(fā)“鏈式反應”。

現(xiàn)行的繼電保護設計標準，是采用借助于上元件的后備過流的方法來保護，從而切除中低壓系統(tǒng)母線短路的問題，這樣的做法存在弊端。電路故障應該在盡可能短的時間得到維修，而這類保護方法會導致維修時間增長，對設備也有一定的損傷。這些問題如果沒有及時解決，還會引起不同程度的事故，輕則會發(fā)展為輸電網(wǎng)故障，重則會使電力系統(tǒng)出現(xiàn)整體性故障。

2產(chǎn)生中低壓弧光故障的因素

中低壓電力系統(tǒng)在運行中發(fā)生的弧光故障事故，多是受到環(huán)境條件的影響，絕緣材料受潮、設備表面產(chǎn)生凝露和附著污穢，從而使設備絕緣水平下降引發(fā)事故。

(1)弧光產(chǎn)生的技術原因

設備故障和帶電設備的誤操作，檢修工具遺漏在開關設備內(nèi)，錯誤的接線和母線連接，絕緣老化和機械磨損、過電壓，小動物、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境因素，容性接地電流擴大等。

(2)弧光產(chǎn)生的人為原因

誤入帶電間隔，隔離開關誤操作，忘記在工作區(qū)接地，忘記測量工作區(qū)內(nèi)的高壓等。

除此之外，電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)的結構總是在不停地改變，用電負載在增多，從而導致電纜增多，電量超負荷，也容易導致故障發(fā)生。

3弧光故障事故的危害

開關柜內(nèi)的發(fā)生短路弧光的功率可高達100MW，電弧燃燒所產(chǎn)生的能量與電弧的燃燒時間及短路電流變化值呈指數(shù)倍增長(如下圖所示)，燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓將會逐步摧毀元器件、銅排以及成列的開關柜，高明亮的弧光和有毒氣體對人體也有巨大的傷害。

電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數(shù)規(guī)律快速上升，其不僅與故障電流的大小有關，還與燃弧時間有關。根據(jù)故障點的不同，通常情況下故障短路電流會在幾千安至幾萬安，故障若不能及時切除以熄滅電弧，則會產(chǎn)生巨大能量?？傊?，開關柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障，不論是對開發(fā)設備還是對附近的工作人員，其危險性不可謂不嚴重。

弧光保護與傳統(tǒng)保護之間的比較

傳統(tǒng)母線保護方案有如下幾種。

(1)進線過流保護方案

利用微機過流保護實現(xiàn)中低壓開關柜及其母線保護方案。過流保護動作時間需與各饋線過流保護時間配合，至少在300 ms 以上，動作時間不能滿足快速切除弧光短路故障的要求。

(2)變壓器后備過流保護方案:

該方案是目前應用廣泛的中低壓母線保護方案，保護跳閘時間一般整定為1. 2 ～ 2. 0 s，更加不能滿足快速切除中低壓母線和線路故障的要求。

(3)環(huán)流原理的高阻抗母線保護方案:

該方案是專用的母線保護方案，保護動作時間一般為35 ～ 60 ms。但是這種方案接線復雜、對CT 要求高，安裝在中低壓開關柜有很多困難，也不經(jīng)濟。此外，由于其保護范圍受到CT 安裝位置的限制，不能保護發(fā)生故障幾率較高的電纜接頭處的故障，并且也不能提供故障定位，因此其實用性差。

弧光保護專門用于來保護中低壓開關柜母線，它的動作時間快，相比于傳統(tǒng)的保護系統(tǒng)，更具優(yōu)越性，它采用弧光和電流閉鎖的方法來進行雙重判斷，增加了可靠性和性。它在發(fā)生故障時，能準確地定位，可減少維修人員查找故障點的時間，大大減短了維修時間，從而保障事故檢修之后快速恢復供電。

RS-810系列母線弧光保護裝置弧光保護系統(tǒng)是我公司根據(jù)國內(nèi)實際情況，吸收國外電弧光保護的特點，結合行業(yè)檢測及保護配置相關規(guī)程，自主研發(fā)出具有獨特創(chuàng)新技術、具有廣泛實用性、高可靠性的新型電弧光保護系統(tǒng)。采用弧光檢測和過電流檢測雙判據(jù)原理，具有保護動作速度快、可靠性高等特點。

RSH-810系列母線弧光保護裝置可以起到以下作用：

1)減少或降低電弧光對于人體的傷害;

2)減少或降低電弧光短路故障對于設備的損害;

3)避免變壓器因近距離母線故障造成動穩(wěn)定破壞，延長變壓器的使用壽命;

4)縮短電弧光故障切除時間，避免波及站內(nèi)直流系統(tǒng)造成重大損失;

5)減少因電弧光故障造成設備停運的時間，更快地恢復供電;

電弧光保護系統(tǒng)，主要應用于以下場合：

1)電力變電站

2)火電廠電氣段開關柜母線室及饋線柜

3)風電場升壓站集電線路開關柜

4)箱式變電站

5)鋁鎂行業(yè)大型直流整流柜

6中低壓開關柜母線弧光保護的應用案例廣泛應用于中低壓開關柜母線保護。

(1) 某煤礦10kV開關柜母線弧光保護

(2) 某加油站0.4kV開關柜母線弧光保護

結語

中低壓系統(tǒng)母線的保護，不僅需要、熟練地掌握技術，還需要一些保護系統(tǒng)來協(xié)調配合完成，而弧光保護作為一個理想的解決方法，可以合理地解除故障，減少設備維護的次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，提高電力系統(tǒng)的性和可靠性。

審核編輯：湯梓紅