母線弧光保護在中低壓開關櫃中的應用

hth下载地址 陳聰

摘要：電力成套設備快速發展的今天，設備的安全穩定運行至關(guan) 重要。而隨著電力行業(ye) 和應用領域的複雜化和深入性,使得中低壓成套開關(guan) 設備發生故障的可能性也隨之變大。成套開關(guan) 設備中母線故障產(chan) 生的弧光將燒壞其他電器元件,從(cong) 而導致事故擴大,往往造成較大的經濟損失,而母線弧光保護正好解決(jue) 了這個(ge) 難題，能夠很好的保護開關(guan) 設備並降低損失。

關(guan) 鍵詞：中低壓開關(guan) 櫃；母線弧光保護

0引言

中低壓成套開關(guan) 櫃作為(wei) 電能生產(chan) 與(yu) 分配的基礎設施之一，使用量逐年增加，並且使用場合的複雜性也在增加，使用遵循的規範標準要求也隨著社會(hui) 的發展而提高。如何保證中低壓開關(guan) 櫃安全可靠運行、降低電氣事故損失越來越多地受到重視。

弧光放電事故是中低壓開關(guan) 櫃內(nei) 嚴(yan) 重的事故之一，由於(yu) 電弧電阻的原因，故障電流往往達不到保護定值而不能迅速切斷故障，或者弧光故障電流達到了保護啟動值，動作時間不能快速切斷故障。

弧光放電不僅(jin) 會(hui) 造成停電事故，還會(hui) 造成設備嚴(yan) 重損壞和人身傷(shang) 害事故，帶來不可估量的損失。

1弧光故障事故危害

弧光產(chan) 生時溫度可達到4500℃，內(nei) 部溫度可達到10000～20000℃。弧光產(chan) 生時瞬時功率可達到40MW，弧光光強可超過正常照明光強2000多倍。因此中低壓開關(guan) 櫃內(nei) 因故障而產(chan) 生電弧時若不能及時采取合理措施，則會(hui) 產(chan) 生諸多危害。

（1）對設備的危害：電弧發生時產(chan) 生大量高溫高壓氣體(ti) ，氣體(ti) 瞬時衝(chong) 擊波可造成開關(guan) 櫃體(ti) 變形、破碎；衝(chong) 擊波爆破震動可造成開關(guan) 櫃劇烈震動，使各連接處緊固件鬆脫；產(chan) 生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化，甚至將開關(guan) 櫃外殼金屬融化、元器件嚴(yan) 重損壞並引起火災。

（2）對人的危害：高溫灼傷(shang) 皮膚；熔化的金屬蒸發並滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化；高強度弧光傷(shang) 害眼睛，甚至造成角膜脫落；高溫燃燒產(chan) 生的粉塵和有毒有害氣體(ti) 損傷(shang) 呼吸係統；弧光電流作用於(yu) 人體(ti) 可使肌肉產(chan) 生非自主劇烈收縮，也可損傷(shang) 肌腱、皮膚、血管、神經組織等。

電弧產(chan) 生的能量與(yu) I ²t成指數規律快速上升，其不僅(jin) 與(yu) 故障電流的大小有關(guan) ，還與(yu) 燃弧時間有關(guan) 。根據故障點的不同，通常情況下故障短路電流會(hui) 在幾千安至幾十安，故障若不能及時切除以熄滅電弧，則會(hui) 產(chan) 生巨大能量。總之，開關(guan) 櫃發生內(nei) 部電弧故障，不論是對開發設備還是對附近的工作人員，其危險性都很大。

圖1 電弧能量-時間曲線

因此，很有必要引入快速切除弧光故障的保護係統。hth下载地址ARB5係列弧光保護裝置通過弧光+電流雙重判據或弧光單判據啟動保護，其弧光單判據動作時間≤7ms；弧光+電流雙判據動作時間≤20ms，為(wei) 快速切除中低壓弧光故障提供了技術支持。

2中低壓開關(guan) 櫃弧光保護必要性

國家標準相關(guan) 規定，110kV及以上的電壓級別的變壓器的熱穩定允許時間和動穩定時間分別是2s和0.25s。一般，在低壓側(ce) 出口出現短路故障時時間往往超過2s，不能滿足變壓器動穩定時間要求，這樣就會(hui) 導致變壓器損壞。

為(wei) 了解決(jue) 開關(guan) 櫃弧光短路故障問題，可以采取一些常規性防護措施，比如加強開關(guan) 櫃的結構，設置釋放板和泄壓通道將氣流等輸出櫃體(ti) 。但此類措施會(hui) 提高設備成本，對電力企業(ye) 的經濟效益帶來影響。

弧光保護相比這些防護措施，可以從(cong) 根本上限製故障電弧，從(cong) 而解決(jue) 開關(guan) 櫃弧光短路故障對工作人員和開關(guan) 設備的影響和危害。一方麵，可以在開關(guan) 櫃耐受燃弧時間內(nei) 采用中低壓母線保護快速切除故障；另一方麵，能減少用戶停電時間，可盡快恢複生產(chan) 。此外，對於(yu) 使用年限很長需要進行改造的開關(guan) 櫃，采用弧光保護可合理延長其使用壽命，從(cong) 而減少對開關(guan) 設備的投資費用。

3hth下载地址ARB5係列弧光保護

hth下载地址ARB5係列弧光保護裝置主要由ARB5-M主控單元、ARB5-S弧光探頭及光纖組成。

（1）  ARB5-M主控單元特點

1）啟動條件可選弧光單判據或弧光+電流雙判據。其中電流突變量啟動係數可整定範圍為(wei) 0.05~10In，電流常量啟動係數可整定範圍為(wei) 0.05~10In。

2）11路可編程跳閘出口。

3）4組3相電流采集。

4）支持20路弧光探頭信號采集。

5）弧光故障點定位。

6）弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢。

7）4組失靈保護。

8）支持IEC61850，便於(yu) 組建數字化智能變電站。

（2）  ARB5-S弧光探頭特點

1）自帶濾光功能。

2）無源型弧光傳(chuan) 感器。

3）探測角度≥180°。

圖2 ARB5-S弧光探頭探測角度

4中低壓開關(guan) 櫃母線弧光保護的應用

hth下载地址ARB5係列弧光保護裝置廣泛應用於(yu) 中低壓開關(guan) 櫃母線保護。

（1） 某機場10kV開關(guan) 櫃母線弧光保護

圖3 某機場10kV開關(guan) 櫃ARB5弧光保護安裝圖

（2） 某工廠0.4kV開關(guan) 櫃母線弧光保護

圖4 某工廠0.4kV開關(guan) 櫃ARB5弧光保護安裝圖

5結語

在電力係統運行中，由於(yu) 自身電容量等因素的限製，需要對中低壓開關(guan) 櫃與(yu) 母線進行合理地保護，因此，需要從(cong) 中低壓開關(guan) 櫃電弧光短路故障原因和現有的中低壓母線保護方案存在的問題進行分析，明確故障問題帶了的嚴(yan) 重危害，通過應用弧光保護，合理處理故障問題，從(cong) 而更好地保護實現開關(guan) 櫃與(yu) 母線的保護。

參考文獻

[1].李鷹洲.電弧光保護係統在中低壓開關(guan) 櫃中的應用

[2].hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.05版

[3].AFBR-S10PS01XZ-DS100 – April 3, 2017