安科瑞程瑜

摘要：在變電站、電廠、工業(yè)企業(yè)等場合的中低壓母線及開關柜中產生弧光短路時，弧光保護可以在傳感器氣的覆蓋區(qū)域內快速定位動作，切斷故障電流，大限度的降低弧光短路對人員及設備的傷害?；」獗Ｗo具有速動性、可靠性、選擇性、靈敏性要求。

關鍵字：弧光保護、速動、可靠、靈敏、降低危害

引言

弧光短路在中低壓母線及開關柜斷路器端常有發(fā)生，容易引發(fā)設備損壞、爆炸，嚴重的會導致人員受傷。在變電站、電廠、工業(yè)企業(yè)這樣的運行環(huán)境復雜、運行要求高的場所，弧光保護能帶來更快速、可靠、靈敏的安全保障。

一、一般易引發(fā)弧光短路的主要原因有

1.操作人員誤操作行為：誤入帶點間隔、誤操作隔離開關、帶接地線合閘、誤將工具遺漏在開關設備內等，人為失誤造成的電氣不規(guī)范操作，此類問題大面積存在。

2.電氣因素：在施工接線或者后期維護的時候，電氣連接錯誤、設備故障，引起的母線誤接或者電氣短路問題。

3.環(huán)境素：隨著設備運行時間的增加，絕緣老化、機械磨損、灰塵、溫度、濕度及腐蝕，使得開關本體及輔助機械失去了原有的電氣可靠性。

二、電弧光的危害

1.弧光產生的瞬間，容易造成溫度急升，導致銅牌等金屬器件氣化；嚴重的會導致壓力上升過快，開關設備發(fā)生爆炸。

2.孤光故障出現(xiàn)后，瞬間提升的短路電流使上一級變壓器承受近距離短路沖擊，可能造成變壓器繞組變形，進而造成變壓器繞組的匝間短路。

3.并且瞬高溫、強光及爆炸會灼傷作業(yè)人員的皮膚、刺傷眼睛，泄露出有害氣體也能直接對人體造成傷害。

三、傳統(tǒng)方案及弧光保護方案的對比

（一）傳統(tǒng)的保護方案是采用中低壓側主變后備保護，線路保護設備的元件過流保護，有部分地區(qū)配置簡易母差保護來實現(xiàn)。

1.各類元件保護動作的時間較長，主變后備一般在1S以上，線路間隔一般在200MS，母差保護在30~45ms。當出現(xiàn)弧光短路時，主變后備和線路間隔動作明顯緩慢，而母差保護在電網(wǎng)的10kV~35kV側一般都不進行配置。

2.使用常規(guī)元件保護，施工接線復雜，需要接入模擬量、開入、開出，并且要配置公用設備采集設備信號。增加的成本投入也隨之上升。

3.南方電網(wǎng)的簡易母差功能在起初階段的作用同弧光保護較為類似，但是因為簡易母差需要進行大量的配置，在配置的時候因低壓側價格數(shù)量多，極易產生錯誤，電網(wǎng)也多次有過事故問題。在南方電網(wǎng)已經逐漸取消了。

（二）弧光保護的方案是通過在中低壓開光柜的母線室及斷路器

室安裝弧光傳感器，通過光纖傳送到主保護單元，依靠保護動作判據(jù)，發(fā)出動作命令直接切除電源及分段間隔。

1.保護動作時間能在10MS左右，相對比常規(guī)的線路保護和主變后備保護要快很多，當故障點出現(xiàn)在斷路器室還未傳導到出現(xiàn)倉時，就可以探知到弧光危害，并且有選擇的快速度動作切除主變變低電源及故障段母線。見附圖4。

2.現(xiàn)場接線相對于常規(guī)元件保護，只需要接入主變變低及分段的電流，并對相應間隔設計跳閘回路即可。感知元件和主保護之間可以通過光纖進行連接，現(xiàn)場施工難度大大降低。甚至在運行設備都可以短時間停電改造。

3.弧光保護可以有很多靈活的配置方案，不同的廠家制定集中式的和分布式等多種組裝方案供業(yè)主選擇?？筛鶕?jù)母線的運行方式和故障位置分區(qū)域保護，雖大限度縮小事故停電范圍。

4.根據(jù)光強度傳感及電流量的多判據(jù)組合，在發(fā)生弧光短路時，可以判斷故障點位置。

四、弧光保護的技術舉例

當故障出現(xiàn)在饋線開關柜時：

1.當在母線室檢測到弧光時，此時屬于母線故障，立即跳開本間隔母線段的進線開關及分段開關，將停電范圍縮小在本段母線。

2.當開關室檢測到弧光時，分兩種情況：入故障發(fā)生在開關機構的觸頭上，則屬于母線側故障，應立即跳開本間隔母線段的進線及分段開關；如果故障發(fā)生在開關機構的下觸頭，通過跳開本間隔的開關即可隔離故障，從而避免停電范圍擴大。但是由于安裝在開關柜的弧光傳感器無法區(qū)分孤光故障發(fā)生在上觸頭還是下觸頭，則需要根據(jù)實際情況選擇是跳開正端母線段進線或者分段開關，還是跳開本間隔開關。所以比較常見的配置方案是在中低壓側開關柜的母線倉和斷路器室配置探頭，出現(xiàn)弧光短路時跳開本段母線的電源進線和分段開關。

3.電纜室是極容易產生弧光故障的地方。當在電纜室檢測到弧光時，屬于本間隔故障，需要跳開本間隔開關來實現(xiàn)切除故障。而實際運用中，此動作行為與傳統(tǒng)配置保護功能重復，并且在電網(wǎng)的典型配置中必須有饋線保護的要求，所以直接在電纜室采集孤光信號的方案已逐步被取代。

當故障出現(xiàn)在主變中低壓側開關柜時，保護功能和動作邏輯和饋線的一致。

當故障出現(xiàn)在PT的母線倉時，此類屬于母線故障，立即跳開本間隔母線段的進線開關及分段開關。

五、弧光保護的市場價值

1.實現(xiàn)弧光保護的施工方案較為簡單，在實際施工過程中減少大量傳統(tǒng)保護需要的電纜，取而代之的是高效的光纖級聯(lián)，經濟效益更有優(yōu)勢。

2.在電網(wǎng)的典型配置中，缺少對35kV~10kV的母線配置保護，弧光保護正好能彌補這一個需求，并且動作響應速度高，保護邏輯可靠。

3.弧光保護在變電站中的配置方案簡單，尤其針對過去開關柜質量不高的老站，更加需要增強保護措施，減少對作業(yè)人員的傷害，降低設備的損耗。

六、弧光保護的優(yōu)勢總結

弧光保護具有具有速動性、可靠性、選擇性、靈敏性的特點。

1.相比于常規(guī)站中的傳統(tǒng)配置，孤光探頭的感知范圍大，在弧光產生的起始點探測到風險，更高效的防止弧光短路在生產作業(yè)中對作業(yè)人員及生產設備的傷害。

2.無論新建站的安裝還是改造站的加裝工作中，可選配置方案多，能適應各種運行的環(huán)境，大大降低施工難度，減少用戶停電時間。

3.弧光保護能彌補傳統(tǒng)變電站配置中對中低壓側母線的保護缺失，提供快度響應的保護動作。

4.相對于電網(wǎng)中的傳統(tǒng)元件保護，經濟性高。

電弧光是發(fā)電廠中常見的帶電危害，中低壓母線中設置的保護方案對于電弧光危害防護作用是非常微小的，因而想要避免電弧光給運維人員和電氣設備帶來的損傷，需要借助于電弧光保護系統(tǒng)來減少電弧光帶來的危害。本文主要對6kV發(fā)電廠中用電系統(tǒng)電弧光保護的應用進行了分析，以期能夠為同類的保護應用提供一些經驗參考。

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力事業(yè)規(guī)模的不斷擴大，線路中所應用的中低壓開關也是越來越大，這就使得線路上的電流負荷越來越大，也使得開關柜中的電弧光發(fā)生也越來越頻繁，這不僅會影響變電站中的設備的正常運行，而且還有可能給電站內的運維人員帶來人身威脅，因而采取相應的保護措施來減少電弧光危害。

電弧光及電弧光保護

電弧光的產生主要是由于兩電之間的電壓升高時周圍空氣中的正負離子在電壓的影響下形成高速轉動的電廠，且在移動的過程中不斷與其他分子碰撞出現(xiàn)新的離子，而這些電離子不斷增加，加上溫度的升高變化就會產生電弧，實質上是一種放電，這種放電對于電壓要求不是很高，只要兩個電之間的電壓能夠超過周圍空氣絕緣強度時就會出現(xiàn)電弧放電，這種放電會直接影響電弧周圍的電氣設備運行，而且電弧光的發(fā)生過程中溫度急劇上升，會給電氣設備造成較大的影響，放電時所產生的氣體會引起開關柜設備振動劇烈，在振動的過程中會使開關設備上的固定元件發(fā)生脫落，電弧光會直接對開關柜中的一次和二次設備造成嚴重損傷，并且會直接使絕緣電阻失去作用，甚至可能會引起開關柜爆炸，直接威脅電站中運維人員的人身，基于此要采取相應的電弧光保護措施，以便減少電弧光危害，保護發(fā)電廠中的電氣設備能夠正常運行。

電弧光對電氣設備造成的損傷是由其自身所特性決定的，電弧光對設備損壞的程度是隨著時間的增加而加劇的，因而如何在短時間內將故障排除，就能夠將電弧光帶來的危害降到低。電弧光保護系統(tǒng)就是利用了的電弧光和電流保護措施，打破原來常規(guī)保護，在檢測到電弧光后就立即執(zhí)行跳閘指令，對故障部位進行排除，從而減少電弧光給電氣設備帶來的持續(xù)傷害。同時電弧光保護系統(tǒng)在檢測到電弧光之后會在時間發(fā)出報警信號，這時裝置會自動執(zhí)行1ms內自動跳閘命令，對故障源進行快速切除，這樣能夠將電弧光帶來的危害控制在1ms之內，設備所受到的電弧光損壞是非常小的，這種保護模式比傳統(tǒng)的低壓母線保護速度更快，后期加上斷路器的跳閘時間，也能夠完全將開關柜的故障排除時間控制在100ms之內。由此可以看出，電弧光保護能夠很大程度上降低設備故障帶來的電弧光損壞，并且為運維人員的人身提供保障，因而在實際發(fā)電廠運維過程中電弧光保護系統(tǒng)的設置是非常重要的。

電弧光保護系統(tǒng)在6kV發(fā)電廠中的應用

本次應用的發(fā)電廠為6kV發(fā)電廠，以330MW火電機組為準，發(fā)電組保護型號AM5SE，廠用保護系統(tǒng)為安科瑞AM5SE系列。6kV發(fā)電廠中的用電系統(tǒng)總共有四段母線，每一段母線上進線都是一回，母線發(fā)生側故障主要是由于進線過流保護導致的，在沒有電弧光保護時母線上的故障無法及時進行排除，就會給母線和電氣設備造成不可逆轉的損壞。針對于此，在發(fā)電廠中安裝電弧光保護系統(tǒng)，本次應用的設備主要包括AM5SE低壓變壓器綜合保護測控裝置和ARB5滅弧裝置，其中ARB5快速滅弧器屬于主動性電弧保護設備，能夠降低母線線路上發(fā)生故障電弧事故時所產生的高溫，也能夠減少電弧光給電氣設備帶來的損壞和影響，與傳統(tǒng)電流保護模式相比，ARB5設備能夠快速對線路上的電弧故障進行檢測確定，并且能夠對故障電弧進行快速，減少電弧故障給電路帶來的損壞。在結構上主要是有檢測控制裝置和一次主元件構成，其中檢測控制裝置的作用主要在于能夠在2ms之內對電弧光故障進行檢測，并且確定故障電流信號，然后將其傳遞給一次主元件，主元件在接受相關指令之后能夠在僅僅1.5ms之內發(fā)生動作，對故障電弧進行熄滅，由此可以看出，ARB5設備能夠快速在短時間內對故障電弧進行熄滅，且這種防護是屬于主動型防護的，也是目前比較先進的一種電弧保護設備，對于6kV的低電壓電廠來說非常適合。ARB5的應用能夠顯著提高運維人員自身的性，即使是在IAC防護要求不足的開關設備當中也能夠發(fā)揮保護作用，控制電弧光的損壞范圍，同時ARB5設備的使用還能夠整個用電系統(tǒng)使用效率的提升，能夠減輕電弧光給開關帶來的損壞，使開關設備在故障電弧之后能夠快速進行，從而保證用電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。而AM5SE保護測控裝置則是適用于低壓變壓器的綜合保護測控裝置，能夠對低壓變壓器電流、過負荷等進行監(jiān)測，并且在出現(xiàn)故障或異常電流時發(fā)生保護動作，保證低壓變壓器的，這一裝置與ARB5設備的合用能夠提升6kV電廠用電系統(tǒng)的保護級別，阻斷電弧光給線路和設備帶來的損壞。對于低壓電廠來說，母線是全廠供電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)的供電樞紐，一旦母線發(fā)生故障，那么連接在母線上的所有元件都會受到影響，同時還會轉換到另一組母線上，對另一組母線也造成損壞，從而導致被迫停電事故的發(fā)生，影響整個用電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給電廠運營帶來較大的嚴重后果和威脅，因而加強對母線的保護是非常必要的，而其中電弧光對母線的影響程度也是的，需要電廠設置相應的電弧光保護系統(tǒng)來保護母線，減少電弧光給母線帶來的損壞。

安科瑞ARB5-M弧光保護產品選型說明

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。

安科瑞ARB5-M弧光保護產品功能和技術參數(shù)

安科瑞ARB5-M弧光保護產品現(xiàn)場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

結束語

加裝AM5SE型號低壓變壓器綜合保護測控裝置和ARB5滅弧保護裝置能夠減少電弧光給發(fā)電廠電氣設備和運維人員帶來的危害，且這兩種保護在低壓電廠當中的適用性比較強，能夠靈活運用在各個場合當中，從而能夠減少電廠中安裝保護設備的工作量，而且還能夠增加6kV發(fā)電廠用電系統(tǒng)的運行性，這對于發(fā)電廠來說是非常難得的。

電弧光在電氣工作中是一種常見但危險的現(xiàn)象。安科瑞電氣股份有限公司作為一家專注于電力監(jiān)控與保護的公司，為了減少電弧光帶來的危害，推出了電弧光保護系統(tǒng)。

電弧光保護系統(tǒng)是一種高效的防護裝置，能夠在電弧光出現(xiàn)時迅速切斷電源，保護人員和設備的安全。該系統(tǒng)采用先進的電弧傳感器，能夠準確檢測到電弧光的存在，并迅速啟動切斷裝置，將電源切斷。

電弧光保護系統(tǒng)可以有效降低電弧事故的發(fā)生率。據(jù)統(tǒng)計，電弧事故是電氣工作中常見的事故類型之一。而電弧光保護系統(tǒng)的快速響應能力，可以在電弧光出現(xiàn)的瞬間切斷電源，避免事故的發(fā)生。

電弧光保護系統(tǒng)能夠減少電氣設備的損壞。電弧光一旦發(fā)生，會產生高溫、高能量，對周圍設備造成嚴重燒毀甚至爆炸的風險。而電弧光保護系統(tǒng)的迅速切斷電源可以有效降低這種風險，保護設備的完好。

此外，電弧光保護系統(tǒng)還可以減少人員受傷的可能性。電弧光的高溫、高能量會對人體造成嚴重灼傷，甚至引發(fā)火災和爆炸。而電弧光保護系統(tǒng)的快速切斷電源，可以將人員暴露在危險區(qū)域的時間降至低，保護人員的安全。

借助于安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的電弧光保護系統(tǒng)，我們能夠減少電弧光帶來的危害，保障人員和設備的安全。該系統(tǒng)的快速響應能力、有效降低事故發(fā)生率和保護設備完好的能力值得我們的xinlai。

購買安科瑞電弧光保護系統(tǒng)，讓您的電氣工作更加安全可靠。請聯(lián)系安科瑞電氣股份有限公司，了解更多關于電弧光保護系統(tǒng)的信息。

參考文獻：

[1]韓繼成.發(fā)電廠6kV廠用電系統(tǒng)電弧光保護的應用研究．

[2]龔優(yōu)華，安海光，李趙華.電弧光保護系統(tǒng)在風力發(fā)電場集電母線保護中的應用[J].內蒙古石油化工，2014，11（04）：112-113．

[3]劉亞鋒.淺談電弧光保護在6kV廠用系統(tǒng)母線保護的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2014，10（21）：161-162．

[4]陳曦，彭軍林，牛洪海，王言國.電弧光保護在熱電廠10kV廠用電系統(tǒng)的應用與分析[J].赤峰學院學報（自然科學版），2013，12（16）：45-47．

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

審核編輯 黃宇