ARB5系列弧光保護(hù)裝置是安科瑞電氣股份有限公司在總結(jié)了現(xiàn)有產(chǎn)品運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，融合了國內(nèi)外技術(shù)，采用基于ARM9內(nèi)核的32位閃存微控制器，根據(jù)中國電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的需求研制和生產(chǎn)的適用于中低壓等級電網(wǎng)的弧光故障迅速切除裝置。其外觀時尚、大屏幕液晶顯示，圖形化多語言菜單，操作快捷方便；具有強(qiáng)大的功能集成：集保護(hù)、測量、控制、監(jiān)測、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能于一體,準(zhǔn)確實(shí)時監(jiān)測弧光信號，保護(hù)電流；在線記錄事件量達(dá)256條，先出（FIFO）動態(tài)刷新，帶有時間標(biāo)記，掉電不丟失。支持IEC61850通信功能(MMS)和GOOSE通信功能，實(shí)現(xiàn)與IEC61850站控層無縫連接，強(qiáng)大的GOOSE跳閘、GOOSE網(wǎng)絡(luò)聯(lián)鎖功能及可視化的可編程邏輯軟件優(yōu)化了二次接線，IRIG-B、SNTP、PPS等多種對時方式確保全站時鐘的統(tǒng)一。ARB5-E擴(kuò)展單元開關(guān)柜就地安裝，ARB5-M主控單元可以就地安裝也可以組屏安裝，是構(gòu)成智能電網(wǎng)的理想元件。

中、低壓母線發(fā)生短路故障時，所產(chǎn)生的電弧光對設(shè)備及人員會造成極大的傷害。在電力系統(tǒng)中，由于下列原因可能在開關(guān)設(shè)備內(nèi)造成短路故障并產(chǎn)生電弧光：

ü 設(shè)備故障

ü 人為錯誤操作或錯誤接線

ü 絕緣材料老化和機(jī)械磨損

ü 灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境因素

ü 電纜接頭制作不良

ü 過電壓

ü 其他原因（動物鼠害等）

電弧光一旦產(chǎn)生，其危害程度取決于電弧光電流及切除時間，電弧產(chǎn)生的能量與I2t成指數(shù)規(guī)律快速上升。只有在極短時間內(nèi)切除故障才能使設(shè)備不遭受損害。若總切除時間大于100ms，輕則設(shè)備局部燒損，重則造成開光柜爆炸以及人員傷亡，還可能引發(fā)火災(zāi)。

摘要：介紹了快速電弧光保護(hù)系統(tǒng)和電弧光保護(hù)的工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并討論了安裝在110kV變電站的10kV母線電弧光保護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)場工程應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:中低壓；母線故障；母線保護(hù)；電弧光保護(hù)；

0前言

目前，除220kV及以上電壓等級變電站低壓側(cè)母線外，110kV及以下電壓等級變電站35kV及以下電壓等級母線未安裝母線保護(hù)。由于各種原因，中低壓母線故障的概率相當(dāng)，但長期以來，一旦母線出現(xiàn)故障，中低壓母線故障只能通過較長的延遲后備保護(hù)來切除，母線故障不能快速切除。因此，由于中低壓母線故障持續(xù)時間過長，故障往往會擴(kuò)大，開關(guān)柜內(nèi)的母排等設(shè)備會燒毀甚至B炸，危及相鄰設(shè)備和人員。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，主變外斷路器故障產(chǎn)生的電力容易變形損壞主變繞組，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了保護(hù)變壓器和母線設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，減少母線故障時設(shè)備的損壞，電力系統(tǒng)迫切需要一個經(jīng)濟(jì)可靠的中低壓母線保護(hù)解決方案。電弧光保護(hù)系統(tǒng)是眾多替代方案中的理想解決方案。

電弧光保護(hù)工作原理

當(dāng)母線設(shè)備發(fā)生故障時，會產(chǎn)生大電流，產(chǎn)生達(dá)數(shù)萬勒克斯的弧光。電弧光保護(hù)根據(jù)故障時產(chǎn)生的弧光和大電流實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。電弧光保護(hù)通過電弧探/頭或電弧光傳感器檢測電弧光，并通過過過流元件檢測電流。當(dāng)檢測到電弧光信號和過流元件運(yùn)動時，保護(hù)動作并發(fā)出跳閘命令，切斷母線電源進(jìn)線和母線上的母聯(lián)斷路器，隔離故障點(diǎn)，發(fā)出保護(hù)動作信號，定位故障點(diǎn)。原理見圖1。

11

2電弧光保護(hù)系統(tǒng)的組成

弧光保護(hù)系統(tǒng)由單元、擴(kuò)展單元、弧光傳感器和弧光探/頭通過光纖或網(wǎng)線連接而成。一套電弧光保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)一段母線，每套電弧光保護(hù)系統(tǒng)由一個單元、多個擴(kuò)展單元和多個電弧光探/頭組成。兩段母線的電弧光保護(hù)系統(tǒng)通過光纖連接各自的單元進(jìn)行通信，相互傳遞光信號、過流信號和跳閘信號。單元通過網(wǎng)線與擴(kuò)展單元連接，單元通過網(wǎng)線向擴(kuò)展單元提供工作電源，并接收擴(kuò)展單元的信號。擴(kuò)展單元通過光纖與安裝在各斷路器間隔內(nèi)的弧光探/頭連接。通過網(wǎng)線鏈接在同一段母線上的多個擴(kuò)展單元之間，實(shí)現(xiàn)工作電源的通信和獲取。

2．1單元

該單元是電弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心元件，主要實(shí)現(xiàn)保護(hù)和通信功能，主要由電流監(jiān)測元件和光信號檢測元件組成。當(dāng)電流大于過流定值時，過流元件的瞬時動作可以選擇使用三相過流判斷或兩相過流判斷和零序過流判斷來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。光信號檢測元件檢測擴(kuò)展單元上傳的電弧光動作信號，確定為電弧光。

2．2擴(kuò)展單元

擴(kuò)展單元主要用于增加弧光探/頭的接口數(shù)量。其內(nèi)部光檢測元件將弧光探/頭捕獲的光放大后與預(yù)選參考電平進(jìn)行比較。如果光電平超過預(yù)設(shè)參考電平，則確定為弧光，然后向單元發(fā)出弧光動作信號。擴(kuò)展單元通過光纖連接到弧光探/頭，以確?；」鈴?qiáng)度在傳輸過程中的衰減。

3應(yīng)用實(shí)例

一套電弧光保護(hù)系統(tǒng)安裝在110kV變電站10kV兩段母線上，兩段10kV母線通過母線斷路器連接。10kV電氣主線及安裝的兩套電弧光保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。

22

3．1.保護(hù)收集判據(jù)

為了實(shí)現(xiàn)電弧光保護(hù)系統(tǒng)的功能，過流元件采集主變10kV側(cè)電流，電流繞組與主變10kV側(cè)后備保護(hù)中使用的電流繞組為同一組；電弧光信號由擴(kuò)展單元提供給單元，擴(kuò)展單元通過光纖采集安裝在空氣絕緣裝甲開關(guān)柜內(nèi)的每個斷路器間隔母線室內(nèi)的電弧光探/頭。

3．電弧光保護(hù)系統(tǒng)定值設(shè)置設(shè)置

1)整理保護(hù)動作條件，只要光信號不需要過流信號或同時需要光信號和過流信號，就可以選擇保護(hù)動作條件。由于電弧光保護(hù)系統(tǒng)的動作會導(dǎo)致母線斷電，為了防止保護(hù)誤動，保護(hù)動作條件設(shè)置為需要光信號和過流信號。

2)根據(jù)制造商的建議，選擇光參考電平和光補(bǔ)償方法作為自動背景光補(bǔ)償。

3)整理過流定值，過流可選擇相電流或零序電流作為過流定值?？紤]到對各種故障的適應(yīng)性，選擇相電流，過流定值參照主變后備保護(hù)過流Ⅰ整定段定值。

4)整理光纖通道，設(shè)置每個光纖接口的工作模式(輸入或輸出)和接收或發(fā)送信號的類型(光信號和過流信號跳閘信號)。圖3為例。為了保證一個主變退出運(yùn)行，當(dāng)另一個主變通過母聯(lián)向兩個母線供電時，兩個單元中的一個檢測到過流，保護(hù)可以正確移動。信號類型應(yīng)設(shè)置為過流信號。

3．33電弧光保護(hù)系統(tǒng)動作邏輯

1)當(dāng)檢測到弧光信號并滿足過流條件時，保護(hù)動作通過兩個速跳閘出口跳過母線進(jìn)線斷路器和母線母線斷路器。

2)電弧光保護(hù)動作應(yīng)鎖定10kV備用電源自投裝置，防止10kV母線在兩段母線獨(dú)LI運(yùn)行時出現(xiàn)故障。電弧光保護(hù)動作切除主變10kV側(cè)斷路器后，10kV備用自投裝置動作將10kV母線聯(lián)合閘在10kV故障母線上。(要求電弧光保護(hù)系統(tǒng)提供至少兩個速跳閘出口用于跳閘斷路器，以及兩個常規(guī)繼電器接點(diǎn)用于發(fā)信和閉鎖備自投。

)

3．4電弧光保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)試

根據(jù)現(xiàn)場保護(hù)的設(shè)計要求，在安裝調(diào)試過程中進(jìn)行以下調(diào)試：

1)用強(qiáng)光源照射各斷路器柜的弧光探/頭，

檢查弧光傳感器的動作情況，記下弧光探/頭對應(yīng)的信號燈號，用斷路器號標(biāo)記相應(yīng)的信號燈，便于以后的故障定位。

2)檢查動作邏輯是否符合要求，一種是光信號而不是過流信號，另一種是光信號和過流信的保護(hù)。

3)檢查過流元件的動作值、返回值和返回系數(shù)是否符合規(guī)定要求。

4)檢查上傳的信號是否正確。

5)帶斷路器進(jìn)行傳動試驗(yàn)，保護(hù)動作邏輯正確，斷路器動作行為正確，動作率正確100，自投10kV正確鎖定，保護(hù)動作時間不大于3ms。因此，電弧光保護(hù)比其他中低壓母線保護(hù)具有巨大的優(yōu)勢，見表1。設(shè)備損壞見表2。

4安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)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(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度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請?zhí)貏e注明。

5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

6安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

7結(jié)束語

綜上所述,將母線短路故障時間控制在100ms甚至更短的時間以內(nèi),可在很大程度上降低故障對母線設(shè)備及主變的損害程度見表2,同時降低設(shè)備受損程度還可以減少開關(guān)柜停電檢修的時間,針對中低壓開關(guān)柜故障特性開發(fā),原理簡單,動作迅速可靠,對現(xiàn)有設(shè)備無特殊要求的電弧光保護(hù)系統(tǒng)是一種實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)的較為理想的保護(hù)解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]玉*光，王紀(jì)渝.電弧光保護(hù)系統(tǒng)在10kV母線中的應(yīng)用[J]．

[2]金文龍,陳建華,李光范.全國110kV及以上等級電力變壓器短路損壞事故統(tǒng)計分析[J]1電網(wǎng)技術(shù)11999,23(6),70-74．

[3]張博1電弧光保護(hù)系統(tǒng)在中低壓母線保護(hù)中的應(yīng)用[J]1電工技術(shù)12008(5),12-13．

[4]曾偉忠1縮短變電站10kV母線短路故障切除時間措施初探[J]1繼電器12007,35(16),61-63．

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