安科瑞在水電站電弧光保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)方案

摘  要：本文介紹了電弧光保護(hù)在水電站的配置及應(yīng)用方案，相關(guān)使用單位或人員可參考。

關(guān)鍵詞：水電站；開關(guān)柜；電弧光；母線

0前言   

    水輪發(fā)電機(jī)組出口母線開關(guān)柜是水電站發(fā)電的重要輸電樞紐。在發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，是否能迅速地切除故障，對(duì)電站的生產(chǎn)至關(guān)重要。因?yàn)閲?guó)標(biāo)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50062)及現(xiàn)行的電力行業(yè)規(guī)程規(guī)范未對(duì)6KV(10KV)母線保護(hù)作明確規(guī)定，因此水電站發(fā)電機(jī)出口母線一般未配置專用的快速母線保護(hù)，針對(duì)目前水電站中壓母線保護(hù)配置的現(xiàn)狀，非常有必要增設(shè)快速保護(hù)。國(guó)內(nèi)一些專家也一直強(qiáng)調(diào)裝設(shè)專用中低壓母線保護(hù)的重要性，用戶也希望可以提供一種造價(jià)較低，原理簡(jiǎn)單、適用于6-35KV的母線保護(hù)，以大限度減少母線故障對(duì)設(shè)備的損害，提高輸電可靠性。

1弧光

1.1電弧光        

    電弧光是由于發(fā)生相間短路或接地短路時(shí)空氣電離而形成的。在我國(guó)電力系統(tǒng)中開關(guān)柜內(nèi)部電弧光故障時(shí)有發(fā)生，而一旦發(fā)生弧光故障將對(duì)人身及設(shè)備會(huì)帶來大的損害。

1.2弧光保護(hù)的必要性

    在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級(jí)的母線由于沒有穩(wěn)定問題，一般未裝設(shè)母線保護(hù)。然而，由于中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導(dǎo)體線間距離與大地的距離比較近，容易受小動(dòng)物危害，設(shè)備制造質(zhì)量比高壓設(shè)備差，設(shè)備絕緣老化和機(jī)械磨損，運(yùn)行條件惡劣，系統(tǒng)運(yùn)行條件改變，人為和操作錯(cuò)誤等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、壓母線高得多。但長(zhǎng)期以來，人們對(duì)中低壓母線的保護(hù)一直不夠重視，也未發(fā)現(xiàn)先進(jìn)合理的解決方案，因此，大多采用帶有較大延時(shí)的后備保護(hù)來切除母線上的故障，往往使故障被發(fā)展、擴(kuò)大，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。究其原因大多是因?yàn)闆]有裝設(shè)中低壓母線保護(hù)，未能快速切除故障所造成。所以，為了保證變壓器及母線開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求，迫切需要配置專用中低壓母線保護(hù)。在這種情況下，電弧光保護(hù)成為了廣大水電站用戶中低壓母線保護(hù)的理想選擇。專用母線電弧光保護(hù)不僅動(dòng)作速度快，可靠性高而且與其它專用母線保護(hù)相比具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

    我國(guó)于2004年開始使用進(jìn)口專用母線電弧光保護(hù)，目前電力系統(tǒng)，尤其是發(fā)電系統(tǒng)，約70-80的新建電廠均采用了專用母線電弧光保護(hù)。  

2專用母線電弧光保護(hù)的好處

    由于光電式電弧光保護(hù)系統(tǒng)測(cè)量的光和電是兩個(gè)不同物理性質(zhì)的參數(shù)，采用光信號(hào)，故障電流信號(hào)雙判據(jù)的動(dòng)作原理決定了他的誤動(dòng)率要比系統(tǒng)中其他主保護(hù)(包括發(fā)電機(jī)，變壓器、線路)誤動(dòng)概率要小，既能保障高壓開柜運(yùn)行，又不會(huì)影響電站正常生產(chǎn)。

采用專用母線電弧光保護(hù)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）保護(hù)中低壓設(shè)備免受嚴(yán)重破壞，防止火災(zāi)發(fā)生。

2）防止波及站用直流系統(tǒng)，避免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

3）保護(hù)主變壓器或者廠用變壓器免受嚴(yán)重沖擊而損環(huán)。

4）保護(hù)附近工作人員免受電弧光對(duì)人身的傷害。

5）大限度地減少用戶的停電時(shí)間(用戶停電恢復(fù)時(shí)間，由原來的2-3個(gè)星期減少到幾個(gè)小時(shí)以內(nèi)）。

6）延長(zhǎng)現(xiàn)有開關(guān)設(shè)備的使用壽命。

3關(guān)于水電站電弧光保護(hù)系統(tǒng)的配置方案

3.1電弧光保護(hù)系統(tǒng)配置

    電弧光保護(hù)系統(tǒng)一般由主單元、擴(kuò)展單元及電弧光傳感器組成，由于采用弧光傳感器檢測(cè)電弧光，并通過高速固態(tài)出口輸出斷路器跳閘信號(hào)，該系統(tǒng)對(duì)電弧光的反應(yīng)速度從檢測(cè)到電弧光到發(fā)出跳閘信號(hào)快時(shí)間不超過7毫秒。

    電弧光系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作機(jī)制：傳感器在檢測(cè)到母線弧光故障后，將弧光信號(hào)傳送給擴(kuò)展單元，然后擴(kuò)展單元通過總線將信號(hào)再傳遞給主單元。主單元在收到信號(hào)后，將向斷路器發(fā)出跳閘信號(hào)將進(jìn)線斷路器跳聞，從而電弧光的發(fā)展。

3.2電氣原理方案

1）正常情況下，裝置自檢、弧光傳感器自檢，如果發(fā)現(xiàn)弧光故障，均能給出弧光故障信息，同時(shí)，如果是裝置故障，將閉鎖跳閘出口，避免誤動(dòng)作；此信號(hào)可由一個(gè)告警節(jié)點(diǎn)輸出至告警小母線或信號(hào)采集裝置。

2) 母線因故產(chǎn)生電弧光，相應(yīng)母線室的弧光傳感器檢測(cè)到弧光后，將信號(hào)上傳到擴(kuò)展單元。

3）若為母線分段運(yùn)行，各主單元在收到弧光信號(hào)的同時(shí)，比較自身采集到的電流信號(hào)。弧光和電流均滿足判據(jù)，則為本段母線發(fā)生弧光，發(fā)出跳閘信號(hào)，本段進(jìn)線斷路器跳閘，從而熄滅電弧，同時(shí)給出跳閘信號(hào)。

4）如果電纜室發(fā)生弧光故障，則相應(yīng)的擴(kuò)展單元?jiǎng)幼鳎鄳?yīng)的本柜斷路器。

5）若為單進(jìn)線運(yùn)行帶I、Ⅱ段母線，各母線的主單元收到弧光信號(hào)的同時(shí)，立即將弧光信號(hào)同步轉(zhuǎn)發(fā)至另外一個(gè)主單元。則工作進(jìn)線的主單元收到弧光信號(hào)(本段傳來信號(hào)或者另一臺(tái)主單元轉(zhuǎn)發(fā)),且電流滿足條件，則發(fā)出跳閘信號(hào)，跳開分段斷路器，從而熄滅電弧，同時(shí)給出跳間信號(hào)，并保證其它母線正常運(yùn)行。

6）失靈保護(hù)：若母聯(lián)斷路器失靈，則啟動(dòng)失靈保護(hù)跳低壓側(cè)進(jìn)線；若低壓側(cè)進(jìn)線失靈，則啟動(dòng)失靈保護(hù)跳高壓側(cè)斷路器。

7）若各段母線的主單元退出運(yùn)行，則該段弧光保護(hù)退出。

4安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說明

4.1ARB5-弧光主控單元

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費(fèi)用1500元。

（2）主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長(zhǎng)度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請(qǐng)?zhí)貏e注明。

4.2安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

4.3現(xiàn)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

5結(jié)束語

     隨著人們對(duì)電弧光故障的進(jìn)一步研究和認(rèn)識(shí)，許多水電站已開始應(yīng)用電弧光保護(hù)系統(tǒng)，像我公司設(shè)計(jì)的斜卡水電站、撒多水電站10kV高壓開關(guān)柜均配置了電弧光保護(hù)。并且我們建議水電站35kV以下母線，增設(shè)電弧光保護(hù)系統(tǒng)作為母線主保護(hù)，從而彌補(bǔ)目前只有母線后備保護(hù)的技術(shù)缺陷。減少或避免開關(guān)柜內(nèi)部電弧光故障帶來的人身傷害，提高生產(chǎn)率：使開關(guān)及變壓器等主要設(shè)備損失降到低，在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)；為水電站“無人值班、少人值守"生產(chǎn)模式提供必要的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]夏焱，鄭賢武.水電站電弧光保護(hù)系統(tǒng)的配置研究[J].

[2]蔡彬，陳德桂，李志鵬.開關(guān)柜中內(nèi)部電弧故障的仿真與實(shí)驗(yàn)(英文)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2004(03)．

[3]楊建紅，張認(rèn)成，房懷英.基于Duffing振子信號(hào)檢測(cè)的故障電弧短路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].電工電能新技術(shù)，2007(01)．

[4]董愛華，谷彬.低壓配電開關(guān)故障電弧檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[A];第九屆全圓信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集I[C].2011．

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5（版）.