安科瑞 劉邁

　　摘要：根據(jù)繼電保護(hù)快速(sù)性(xìng)的要(yào)求
，提出(chū)了通過(guò)光纖(xiān)探(tàn)頭(tóu)采集(jí)配網(wǎng)開關(guān)櫃(guì)故障時產生的弧光(guāng)放(fàng)電(diàn)
，再(zài)通(tōng)過保(bǎo)護單元來實現快速的切(qiē)除開(kāi)關(guān)櫃(guì)內部(bù)故障這(zhè)一切入點(diǎn)
，研究快(kuài)速切除開(kāi)關櫃櫃(guì)內短路(lù)故障的新型(xíng)配電(diàn)弧光保(bǎo)護(hù)裝置
，可以保護(hù)配(pèi)網運維人(rén)員(yuán)人(rén)身(shēn)和(hé)開關櫃及櫃(guì)內(nèi)設備(bèi)的安全(quán)
，當現場櫃(guì)體中因短路(lù)故障(zhàng)產生弧光(guāng)時(shí)
，能(néng)夠(gòu)做到(dào)快(kuài)速判(pàn)斷，切斷(duàn)電源
，減(jiǎn)少(shǎo)停(tíng)電範圍(wéi)
，提(tí)高供電效(xiào)率(shuài)
，降(jiàng)低(dī)現場調試(shì)及(jí)維護工(gōng)作量
，縮短設備檢修及恢復供電時(shí)間(jiān)
，提(tí)高供電可靠(kào)性。

　　關鍵詞：配(pèi)電；弧光保護(hù)；裝(zhuāng)置(zhì)；研究

　　導言

　　長期以來(lái)
，人(rén)們(mén)對中低壓(yā)母綫(xiàn)的保護一直不夠重視(shì)
，沒有專(zhuān)用保(bǎo)護來快(kuài)速(sù)切(qiē)除配電站所內部發(fā)生的故障(zhàng)
，往往(wǎng)使(shǐ)故障發展擴大造成(chéng)開關(guān)設備被(bèi)嚴重燒(shāo)毀
，有的(dí)甚(shèn)至發展(zhǎn)成“火燒連營"的事故。同時
，變(biàn)電站的變(biàn)壓器(qì)由於遭受外部(bù)短路電流衝(chōng)擊(jī)造成內部損(sǔn)傷的事(shì)故也逐年(nián)增加
，這些配(pèi)網(wǎng)事(shì)故如(rú)果處(chǔ)理(lǐ)不當易(yì)被擴(kuò)大(dà)發(fā)展(zhǎn)為(wéi)輸電網(wǎng)或變電設(shè)備(bèi)事(shì)故(gù)
，造(zào)成(chéng)重大的經濟損(sǔn)失(shī)。究其原(yuán)因大多是因(yīn)為配電(diàn)站所沒有(yǒu)裝設專(zhuān)用(yòng)的(dí)中低(dī)壓母綫(xiàn)保護
，不(bù)能(néng)快速切除(chú)故障造成的。所以(yǐ)
，為(wéi)了保(bǎo)證(zhèng)上級(jí)變(biàn)電(diàn)站主變及配網開關櫃(guì)母(mǔ)綫開關設(shè)備的(dí)安(ān)全(quán)運(yùn)行(háng)
，根(gēn)據繼(jì)電保護快速(sù)性的要(yào)求
，迫切需要(yào)研發快速切(qiē)除配(pèi)電開(kāi)關(guān)櫃(guì)櫃內故障(zhàng)的(dí)快速(sù)保護技術(shù)。

　　研究(jiū)內容(róng)

　　2.1總體思路(lù)

　　為(wéi)有效減(jiǎn)少電(diàn)弧(hú)損傷
，國外對各(gè)種燃(rán)弧(hú)持(chí)續(xù)時(shí)間(jiān)進(jìn)行試(shì)驗並(bìng)得(dé)出對設(shè)備(bèi)造成(chéng)的損(sǔn)害(hài)程(chéng)度
，開(kāi)關櫃可(kě)以承受(shòu)的電(diàn)弧(hú)燃燒(shāo)時(shí)間(jiān)為100ms
，電弧(hú)光產生後
，其(qí)危害(hài)程(chéng)度(dù)取決於電(diàn)弧電流(liú)及切除(chú)時(shí)間(jiān)
，電(diàn)弧(hú)產生(shēng)的(dí)能量與I2t成(chéng)指數規律快速上升(shēng)。由(yóu)於弧光故障(zhàng)在斷(duàn)路(lù)器動(dòng)作(zuò)前
，故障短(duǎn)路電(diàn)弧是一直在(zài)燃燒的(dí)
，隻(zhī)有在短(duǎn)時(shí)間(jiān)內切除故(gù)障(zhàng)才(cái)能(néng)使設備(bèi)不(bù)遭受損害。若總切(qiē)除(chú)時間(jiān)大於100ms
，輕(qīng)則設備(bèi)局(jú)部燒損(sǔn)
，重則造(zào)成(chéng)開(kāi)關(guān)櫃爆炸以及人員(yuán)傷(shāng)亡。

　　目(mù)前
，國內尚(shàng)無(wú)用於配電開(kāi)關櫃(guì)母(mǔ)綫的專用保護裝置
，而(ér)用於變(biàn)電站(zhàn)中，低壓(yā)母綫的(dí)保(bǎo)護(hù)主要(yào)有三(sān)種
，一種為(wéi)變(biàn)壓器(qì)後(hòu)備過(guò)流保(bǎo)護(hù)
，典(diǎn)型(xíng)的保(bǎo)護動作時間(jiān)1.2s～2.0s；一種(zhǒng)為(wéi)采用(yòng)饋(kuì)綫過流(liú)保護(hù)閉鎖(suǒ)變(biàn)壓(yā)器過(guò)流(liú)保(bǎo)護
，典型的保(bǎo)護動作時(shí)間為300ms～500ms；另(lìng)一(yī)種(zhǒng)為(wéi)采用環流原(yuán)理的高(gāo)阻抗母綫差(chà)動(dòng)保(bǎo)護
，典(diǎn)型(xíng)的保護動(dòng)作時間為30ms～50ms
，考慮到(dào)斷(duàn)路器(qì)的分(fēn)閘時(shí)間
，切除故障時(shí)間大(dà)於100ms。均不滿足小於(yú)100ms的(dí)工(gōng)作要求(qiú)。

　　從(cóng)實際應用情況來看
，現有(yǒu)的(dí)保護方案(àn)是顯(xiǎn)然不(bù)能(néng)滿足快(kuài)速切除母綫(xiàn)故障或保護(hù)覆(fù)蓋範圍要(yào)求的
，變壓器(qì)後(hòu)備過(guò)流保(bǎo)護動作時間(jiān)過(guò)長
，不能起到(dào)有(yǒu)效(xiào)的(dí)保護作(zuò)用
，高(gāo)阻抗母綫差動保護(hù)範(fàn)圍(wéi)受CT安裝(zhuāng)位置(zhì)的(dí)限製(zhì)
，接(jiē)綫復雜
，CT要求(qiú)高(gāo)
，不能保(bǎo)護(hù)到發生(shēng)故障幾率較(jiào)高(gāo)的電(diàn)纜室電纜(lǎn)接頭(tóu)處(chǔ)的故(gù)障
，且總(zǒng)體造(zào)價(jià)昂貴。迫切需要(yào)采用(yòng)一種新(xīn)型(xíng)中壓母(mǔ)綫保護(hù)係統(tǒng)
，以(yǐ)解決目前實際運行中(zhōng)由(yóu)於(yú)中低壓母綫發生故障(zhàng)幾率較高，延遲(chí)切除故障導致故障發(fā)展(zhǎn)，擴大
，從而(ér)造(zào)成(chéng)的巨大的經濟損失的(dí)問題。

　　配電(diàn)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護裝(zhuāng)置圓滿的(dí)解(jiě)決(jué)了這一問題
，該裝(zhuāng)置根據(jù)檢測(cè)到(dào)的電弧(hú)光信(xìn)號
，在短(duǎn)時(shí)間(jiān)內（<7ms保護(hù)動(dòng)作出口(kǒu)）即(jí)可切除母(mǔ)綫（及饋綫）故(gù)障
，可(kě)有效防止(zhǐ)35kV和10kV母綫(xiàn)和斷(duàn)路器故障(zhàng)引(yǐn)起(qǐ)主變壓(yā)器(qì)損壞事(shì)故(gù)的發生
，保障設(shè)備(bèi)及(jí)人(rén)員安(ān)全
，降(jiàng)低(dī)損(sǔn)失
，現已(yǐ)應用於電力(lì)相關行(háng)業。

　　2.2裝(zhuāng)置構(gòu)成(chéng)

　　配(pèi)電弧光(guāng)保(bǎo)護(hù)裝置是一種快(kuài)速可靠的(dí)專(zhuān)用(yòng)中(zhōng)低(dī)壓(yā)母綫保護裝(zhuāng)置
，它(tā)采用(yòng)檢測(cè)弧光和過流(liú)雙(shuāng)判(pàn)據原理(lǐ)
，具(jù)有原(yuán)理簡(jiǎn)單，動作可(kě)靠迅速，對變電站一次(cì)設備無特(tè)殊要求，適應(yīng)於各種運(yùn)行方式(shì)，且(qiě)在各(gè)種運(yùn)行(háng)方式(shì)下保護不(bù)需要(yào)切換等優點(diǎn)
，為(wéi)目(mù)前發(fā)電廠，變電站，工業(yè)及(jí)商業(yè)配電(diàn)係(xì)統(tǒng)380V～35kV中低(dī)壓母(mǔ)綫保護理想(xiǎng)的(dí)解決(jué)方案。配電(diàn)弧光保護裝置是在(zài)長期電氣(qì)自動(dòng)化(huà)產品設計(jì)研發(fā)的(dí)基礎上(shàng)
，吸收(shōu)技術理(lǐ)念研(yán)製的新一代智能(néng)型(xíng)弧光保護產(chǎn)品。主要(yào)包括弧(hú)光保(bǎo)護主單(dān)元，弧光采集單元(yuán)，饋綫保(bǎo)護和(hé)弧光傳感(gǎn)器等(děng)四(sì)個單(dān)元(yuán)
，分別(bié)介(jiè)紹如下(xià)：2.2.1弧(hú)光保(bǎo)護主單元

　　主(zhǔ)單元包(bāo)含(hán)有電流檢測(cè)和(hé)斷(duàn)路器失靈保護
，它通(tōng)過檢測(cè)短(duǎn)路(lù)電流和來自弧(hú)光(guāng)傳(chuán)感(gǎn)器的(dí)動(dòng)作信息
，並對收(shōu)集的數據進行(háng)處理，判斷(duàn)
，發(fā)出(chū)跳閘信(xìn)號以(yǐ)切除(chú)故障。該裝(zhuāng)置(zhì)隻要在同(tóng)時檢(jiǎn)測到弧光和(hé)過(guò)流(liú)時才(cái)發出(chū)跳(tiào)閘指(zhǐ)令。在(zài)進綫斷路器未能(néng)動(dòng)作切(qiē)除故障(zhàng)時(shí)
，它(tā)將啟動斷路器(qì)失(shī)靈保(bǎo)護(hù)邏輯(jí)
，發出(chū)跳(tiào)閘指令(líng)給(gěi)上遊斷(duàn)路(lù)器切(qiē)除故障。此外(wài)
，主(zhǔ)單(dān)元根(gēn)據采集單元傳(chuán)送(sòng)來(lái)的弧(hú)光傳感器的(dí)動作(zuò)信(xìn)息
，提(tí)供弧光故障(zhàng)點的定位(wèi)及報警信息。主(zhǔ)單元接入若幹弧(hú)光(guāng)采集(jí)單元
，並(bìng)且(qiě)可以(yǐ)支(zhī)持(chí)RS485，以(yǐ)太網等(děng)多種(zhǒng)接(jiē)口方式
，支持(chí)Profibus，ModBus，CAN，IEC103，IEC104等(děng)多種通訊(xùn)規(guī)約。

　　2.2.2弧光采集單元(yuán)

　　每(měi)個采集單元(yuán)可(kě)接入(rù)8個弧(hú)光(guāng)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)。采集單元(yuán)的地(dì)址通(tōng)過(guò)麵板進行(háng)設(shè)定(dìng)。當係(xì)統(tǒng)發(fā)生弧光故(gù)障(zhàng)時
，采集單元(yuán)收集(jí)來(lái)自(zì)弧(hú)光傳(chuán)感器的(dí)動作信(xìn)息(xī)並傳送(sòng)給主單元
，在主(zhǔ)單元(yuán)上(shàng)顯示(shì)采集(jí)單元和(hé)弧光傳感(gǎn)器的地(dì)址編號(hào)
，有利(lì)於及(jí)時檢修和排除故障(zhàng)。

　　2.2.3饋綫(xiàn)采集單(dān)元(yuán)

　　該(gāi)單元作(zuò)為(wéi)饋(kuì)綫(xiàn)型(xíng)弧光(guāng)保護的單(dān)元獨(dú)立使(shǐ)用
，每(měi)個(gè)單元(yuán)可(kě)提(tí)供(gōng)3個弧光采(cǎi)集輸入(rù)
，采(cǎi)用探(tàn)頭方式(shì)采(cǎi)集(jí)弧光(guāng)
，當饋(kuì)綫(xiàn)櫃中發(fā)生弧光時跳開該(gāi)饋綫(xiàn)櫃中(zhōng)的(dí)斷(duàn)路器。

　　2.2.4弧光傳(chuán)感(gǎn)器(qì)

　　弧(hú)光傳感器(qì)安(ān)裝(zhuāng)在開關櫃各間(jiān)隔室中
，可(kě)實現(xiàn)對由(yóu)簡(jiǎn)單到各(gè)種復(fù)雜(zá)接(jiē)綫中(zhōng)，低壓(yā)開關櫃(guì)提供有(yǒu)選(xuǎn)擇性的(dí)保(bǎo)護。弧(hú)光(guāng)傳感器作為光感應(yīng)元件(jiàn)
，將檢(jiǎn)測在發生弧光(guāng)故障時(shí)突然增加(jiā)的光強(qiáng)
，並(bìng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成(chéng)電流信(xìn)號傳(chuán)送(sòng)給采(cǎi)集(jí)單(dān)元。

　　2.3裝置功能

　　配(pèi)電弧光保(bǎo)護裝(zhuāng)置是(shì)一(yī)種(zhǒng)快(kuài)速可(kě)靠(kào)的(dí)專(zhuān)用中(zhōng)低(dī)壓(yā)母綫(xiàn)保(bǎo)護(hù)裝置
，它采用(yòng)檢測弧光和(hé)過流(liú)雙判據原理
，具(jù)有(yǒu)原(yuán)理簡(jiǎn)單，動作可(kě)靠迅速，對配電站一次(cì)設(shè)備(bèi)無特(tè)殊(shū)要求(qiú)，適應於各(gè)種運行方式(shì)，且(qiě)在各種運行方(fāng)式下(xià)保護不(bù)需要(yào)切(qiē)換等優點
，為(wéi)目前電力係統380V～35kV中低(dī)壓母(mǔ)綫保(bǎo)護提(tí)供了理想的解決(jué)方(fāng)案
，實(shí)現了對配(pèi)網(wǎng)開(kāi)關設(shè)備(bèi)的(dí)弧光故(gù)障的(dí)監測(cè)與保護
，保證了電網的(dí)安全(quán)穩定(dìng)運(yùn)行；有(yǒu)效(xiào)的增(zēng)強了(liǎo)對變壓器，配電(diàn)開關櫃等(děng)設備的(dí)防護(hù)措施
，消除(chú)了弧(hú)光(guāng)產生故障可能對設備和人(rén)身產(chǎn)生的(dí)安全隱(yǐn)患：

　　1）全(quán)數字(zì)化(huà)設(shè)計(jì)
，整定(dìng)參數時無需(xū)撥碼(mǎ)開關及(jí)電位器等(děng)機械元件(jiàn)
，精(jīng)度(dù)高
，無(wú)振動(dòng)，磨(mó)損等隱患(huàn)。

　　2）弧光信號可(kě)在(zài)采(cǎi)集(jí)單(dān)元(yuán)之間串(chuàn)行傳輸
，從而使(shǐ)監(jiān)測點的(dí)數量(liáng)可(kě)任(rèn)意增加(jiā)
，且大大(dà)減少了(liǎo)傳(chuán)輸光(guāng)纖(xiān)的成(chéng)本(běn)。

　　3）動(dòng)作判(pàn)據可設
，動作(zuò)判(pàn)據(jù)可設置為(wéi)弧(hú)光(guāng)加電(diàn)流(liú)或僅弧(hú)光。

　　4）弧(hú)光(guāng)探頭(tóu)330度大(dà)角度(dù)采集弧(hú)光信(xìn)號(hào)
，保(bǎo)證(zhèng)動作(zuò)的準確(què)性和(hé)可靠(kào)性(xìng)。

　　5）定(dìng)時(shí)發(fā)送光(guāng)秒脈(mài)衝信號(hào)
，檢測(cè)光纖回(huí)路是(shì)否(fǒu)有(yǒu)破損及(jí)斷(duàn)開等故(gù)障(zhàng)隱(yǐn)患(huàn)。

　　3.應用(yòng)情(qíng)況

　　基於(yú)該研究成果
，在(zài)石家莊奧(ào)北(běi)公元(yuán)小區開閉所安裝(zhuāng)了14套(tào)配電弧光(guāng)保護(hù)裝(zhuāng)置
，目(mù)前(qián)該配電弧光(guāng)保護裝置運行穩(wěn)定可靠(kào)。配電站開(kāi)關櫃弧光保護係(xì)統的(dí)投入(rù)使(shǐ)用
，消除了弧光(guāng)產(chǎn)生(shēng)故(gù)障(zhàng)可(kě)能對(duì)設(shè)備和人身產生的安全(quán)隱(yǐn)患
，保護(hù)運維人(rén)員(yuán)人(rén)身和(hé)開(kāi)關櫃(guì)及(jí)櫃內設備的(dí)安(ān)全(quán)
，可實現(xiàn)快速(sù)切除(chú)開關櫃本(běn)體(tǐ)故障
，能在(zài)開關(guān)櫃(guì)耐受燃(rán)弧(hú)時(shí)間以(yǐ)內(nèi)切除故障(zhàng)
，從(cóng)根(gēn)本上(shàng)限(xiàn)製(zhì)故障電弧
，將(jiāng)大限度地(dì)限製弧光故(gù)障(zhàng)對開關(guān)設備(bèi)的(dí)損壞
，並降(jiàng)低(dī)對配網運維人員的傷害。限製開(kāi)關(guān)設(shè)備(bèi)的(dí)損(sǔn)壞
，即阻(zǔ)斷(duàn)了故障發(fā)展的可能性(xìng)
，從而可避免上級(jí)變(biàn)電站主變壓器(qì)長時間(jiān)遭受短(duǎn)路電(diàn)流的(dí)衝(chōng)擊而損壞。配電(diàn)弧(hú)光保(bǎo)護裝置有效(xiào)的(dí)限(xiàn)製(zhì)了(liǎo)弧(hú)光短路故障損壞(huài)開(kāi)關設備及(jí)上(shàng)級變壓(yā)器
，為電(diàn)力(lì)企業節(jié)省(shěng)了對設備的大(dà)量維護費(fèi)用(yòng)
，各(gè)方麵提升(shēng)生(shēng)產(chǎn)現(xiàn)場的作(zuò)業(yè)水平
，達到安(ān)全(quán)生產的目的。

　　4.安科(kē)瑞 ARB5係列(liè)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護的原理及係(xì)統組成

　　弧光(guāng)保(bǎo)護裝置(zhì)通過弧光+電流(liú)突變量(liáng)雙重判(pàn)據(jù)或(huò)弧(hú)光單判據啟動保護
，其動作時(shí)間為(wéi)

　　弧(hú)光(guāng)單判據(jù)動作時間(jiān)≤7ms；

　　弧(hú)光(guāng)+電(diàn)流雙判據時間≤20ms。

　　ARB5係列弧(hú)光保(bǎo)護(hù)裝置(zhì)由ARB5-M主控單元(yuán)，ARB5-E擴(kuò)展(zhǎn)單元，ARB5-S弧(hú)光(guāng)探(tàn)頭(tóu)，弧(hú)光光纖以(yǐ)及(jí)尾纖等(děng)配(pèi)件構成(chéng)。

　　5.結(jié)語(yǔ)

　　配電(diàn)弧光(guāng)保護裝置為中低(dī)壓(yā)母綫(xiàn)提供(gōng)了一(yī)個(gè)理想(xiǎng)的防護解(jiě)決方(fāng)案
，可以(yǐ)保(bǎo)護(hù)運(yùn)維人員人身(shēn)和開(kāi)關櫃(guì)及櫃(guì)內設備(bèi)的安全
，當現場櫃體(tǐ)中產生弧光(guāng)時
，能夠做到(dào)快(kuài)速判斷，切斷電源
，減(jiǎn)少停電(diàn)範(fàn)圍(wéi)
，保證了電網的安全穩定(dìng)運(yùn)行
，有(yǒu)效(xiào)的(dí)增(zēng)強了(liǎo)對(duì)變(biàn)壓(yā)器，配(pèi)電開關櫃等設(shè)備(bèi)的防護(hù)措(cuò)施
，提(tí)升(shēng)了安全生產管(guǎn)理(lǐ)水(shuǐ)平，社(shè)會和(hé)經(jīng)濟(jì)效(xiào)益
，具(jù)備(bèi)良(liáng)好(hǎo)的應(yīng)用效(xiào)果和推廣(guǎng)前景(jǐng)。

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