安科(kē)瑞 陳聰

【摘(zhāi)要】：中(zhōng)低(dī)壓開關櫃(guì)作(zuò)為(wéi)電能生產(chǎn)與分配的基礎設(shè)施(shī)之一，使(shǐ)用(yòng)量逐年增加(jiā)，並且(qiě)使用(yòng)場(cháng)合的(dí)復(fù)雜性也在增加。成套(tào)開關設(shè)備中(zhōng)母綫(xiàn)故(gù)障產生的(dí)弧光(guāng)將(jiāng)燒壞其元(yuán)器件,從(cóng)而(ér)導致(zhì)事故擴(kuò)大(dà),往(wǎng)往(wǎng)造(zào)成(chéng)較大的經濟損失,而母綫弧(hú)光保護(hù)正(zhèng)好解決(jué)了(liǎo)這個難題(tí)，能夠很(hěn)好的(dí)保護開(kāi)關設(shè)備並降低(dī)損失。

【關(guān)鍵詞】：中(zhōng)低壓(yā)開關櫃(guì)；母綫(xiàn)故障；弧光(guāng)保護(hù)

引(yǐn)言

弧光放(fàng)電(diàn)不僅(jǐn)會造成(chéng)停(tíng)電(diàn)事(shì)故(gù)，還(huán)會(huì)造(zào)成設備性損(sǔn)壞(huài)和(hé)人(rén)身傷害，帶(dài)來不(bù)可(kě)估量的損失。弧(hú)光放電(diàn)事故(gù)是中低壓開(kāi)關櫃(guì)內嚴重的事故(gù)之一，本文(wén)就幾(jī)個(gè)方(fāng)麵(miàn)來探討(tǎo)中低壓母綫裝設弧(hú)光保護(hù)的必要性。 

1重視中(zhōng)低壓(yā)母綫(xiàn)故障的(dí)原因

我國電力(lì)發(fā)展建(jiàn)設(shè)已經進入大(dà)電網，大(dà)機(jī)組，壓輸電階段，並(bìng)且(qiě)對(duì)發電(diàn)機組(zǔ)的(dí)容(róng)量(liáng)要(yào)求(qiú)越來越(yuè)高，這(zhè)對電力係統運(yùn)行(háng)提出(chū)了更(gēng)高的要求，因(yīn)為(wéi)單(dān)台(tái)大(dà)機組的(dí)運(yùn)行情(qíng)況，會(huì)直接影響到整個電網的(dí)運行穩定性，性以(yǐ)及(jí)經濟(jì)性。同(tóng)時，發電(diàn)廠(chǎng)的用電係(xì)統(tǒng)與運行(háng)，對發電機組的(dí)影響也越來越(yuè)大(dà)。由(yóu)此(cǐ)可(kě)以看出，如(rú)果中低壓母(mǔ)綫(xiàn)出現故障，它(tā)會(huì)產(chǎn)生弧(hú)光，所(suǒ)產生的(dí)弧光對電(diàn)力(lì)設備(bèi)及人本(běn)身的(dí)影(yǐng)響(xiǎng)大(dà)，會(huì)造(zào)成(chéng)不同(tóng)程度的損傷(shāng)，有(yǒu)時還(huán)會引發“鏈式(shì)反應"。

現行(háng)的(dí)繼(jì)電保護設(shè)計標準(zhǔn)，是(shì)采用借助(zhù)於上元件的(dí)後(hòu)備(bèi)過(guò)流的方法(fǎ)來保(bǎo)護(hù)，從(cóng)而切(qiē)除中(zhōng)低壓(yā)係統母(mǔ)綫短路(lù)的問(wèn)題，這樣的做法存在弊端。電路故(gù)障應(yīng)該在(zài)盡(jìn)可能短(duǎn)的(dí)時(shí)間(jiān)得到維修，而(ér)這(zhè)類(lèi)保(bǎo)護方法會(huì)導(dǎo)致(zhì)維修(xiū)時間(jiān)增長，對(duì)設(shè)備也有一(yī)定(dìng)的損傷。這些問(wèn)題(tí)如果(guǒ)沒有及時解(jiě)決，還(huán)會引(yǐn)起(qǐ)不同(tóng)程度的事故(gù)，輕則會發展為輸電網故障(zhàng)，重則會使(shǐ)電(diàn)力係(xì)統出(chū)現(xiàn)整(zhěng)體(tǐ)性故障。

2產生中(zhōng)低(dī)壓弧(hú)光故障的(dí)因素

中(zhōng)低壓(yā)電(diàn)力(lì)係統在(zài)運行中發(fā)生的弧(hú)光(guāng)故(gù)障事故，多是受到(dào)環境條(tiáo)件的(dí)影響，絕(jué)緣材料受潮(cháo)，設備(bèi)表麵產生(shēng)凝露和(hé)附著汙穢(huì)，從(cóng)而使(shǐ)設備絕(jué)緣水(shuǐ)平下降引(yǐn)發事故。

（1）弧(hú)光(guāng)產生的(dí)技(jì)術(shù)原(yuán)因

設備故障和(hé)帶電(diàn)設備(bèi)的誤操(cāo)作，檢(jiǎn)修(xiū)工(gōng)具遺漏在開關設備內，錯(cuò)誤的接綫和母(mǔ)綫(xiàn)連接(jiē)，絕緣(yuán)老化(huà)和(hé)機械(xiè)磨損，過電(diàn)壓(yā)，小動物(wù)，灰塵，溫度，濕(shī)度(dù)，腐(fǔ)蝕(shí)等(děng)環境(jìng)因素，容性接(jiē)地電流擴(kuò)大等(děng)。

（2）弧光(guāng)產生(shēng)的人為原(yuán)因

誤入(rù)帶(dài)電間隔(gé)，隔離開(kāi)關(guān)誤操作，忘記在(zài)工(gōng)作區接(jiē)地(dì)，忘記測量工作區內的高(gāo)壓(yā)等(děng)。

除此之外，電(diàn)力係統的迅(xùn)速發展，電網的(dí)結(jié)構總是(shì)在不停地改(gǎi)變(biàn)，用(yòng)電負載(zǎi)在(zài)增(zēng)多(duō)，從而(ér)導致電(diàn)纜增多，電(diàn)量(liáng)超負(fù)荷(hé)，也(yě)容易(yì)導(dǎo)致(zhì)故(gù)障發生。

3弧光(guāng)故障(zhàng)事故(gù)的(dí)危(wēi)害

弧(hú)光產生的溫(wēn)度(dù)可達(dá)4500℃，內(nèi)部(bù)溫(wēn)度(dù)甚(shèn)至(zhì)有(yǒu)10000～20000℃。弧(hú)光(guāng)產(chǎn)生(shēng)時大(dà)瞬時功(gōng)率可(kě)達到40MW，弧光(guāng)光強可超過正常(cháng)照明光強2000多倍(bèi)。因此中(zhōng)低壓開關(guān)櫃(guì)內(nèi)因故障(zhàng)而產生(shēng)電(diàn)弧(hú)時若(ruò)不能及(jí)時采(cǎi)取合理措(cuò)施，則(zé)會產生(shēng)諸多(duō)危(wēi)害(hài)。

（1）對設(shè)備的(dí)危害(hài)：電(diàn)弧(hú)發生時產(chǎn)生大(dà)量(liáng)高(gāo)溫(wēn)高壓氣(qì)體(tǐ)，氣體瞬時(shí)衝(chōng)擊(jī)波可造(zào)成(chéng)開(kāi)關櫃體(tǐ)變形(xíng)，破碎；衝擊(jī)波(bō)爆破(pò)震動可(kě)造(zào)成開(kāi)關(guān)櫃劇烈震動，使各(gè)連接處(chǔ)緊(jǐn)固件鬆脫；產生的高溫可(kě)引(yǐn)起(qǐ)電纜(lǎn)燃燒，銅(tóng)排(pái)融化，鋁(lǚ)排(pái)氣化，甚(shèn)至將開關櫃外(wài)殼(ké)金屬融化，元(yuán)器件(jiàn)嚴(yán)重損壞(huài)並引(yǐn)起(qǐ)火(huǒ)災。

（2）對人的(dí)危害：高(gāo)溫(wēn)灼(zhuó)傷(shāng)皮膚；熔化的金(jīn)屬蒸發並(bìng)滲入人(rén)的皮膚(fū)表(biǎo)層造(zào)成皮膚金屬化(huà)；高(gāo)強度(dù)弧光傷(shāng)害眼睛(jīng)，甚至造(zào)成(chéng)角膜脫(tuō)落；高溫(wēn)燃(rán)燒產生的粉(fěn)塵(chén)和有(yǒu)毒有(yǒu)害(hài)氣體(tǐ)損傷(shāng)呼吸係(xì)統；弧(hú)光(guāng)電(diàn)流(liú)作(zuò)用於(yú)人體可使肌(jī)肉(ròu)產生(shēng)非(fēi)自(zì)主(zhǔ)劇烈(liè)收(shōu)縮，也(yě)可損傷肌(jī)腱(jiàn)，皮(pí)膚(fū)，血管，神經組織(zhī)等。

電(diàn)弧(hú)產生(shēng)的(dí)能量與(yǔ)I ²t成(chéng)指數規(guī)律(lǜ)快(kuài)速(sù)上(shàng)升(shēng)，其(qí)不僅與(yǔ)故(gù)障電流(liú)的大小有(yǒu)關(guān)，還與燃弧(hú)時(shí)間有關。根據故障點的不同，通(tōng)常情(qíng)況(kuàng)下故障(zhàng)短(duǎn)路電(diàn)流(liú)會在幾(jī)千(qiān)安至幾(jī)萬安，故障若不(bù)能及時切除以熄滅(miè)電弧，則(zé)會(huì)產(chǎn)生巨大(dà)能(néng)量。總之，開關(guān)櫃發(fā)生內(nèi)部電弧故(gù)障，不(bù)論是對開發設備還是(shì)對(duì)附近的工作人員，其危(wēi)險性不可謂不嚴重。

圖1 電(diàn)弧(hú)能量(liáng)-時間(jiān)曲綫(xiàn)

4弧(hú)光(guāng)保護(hù)與傳統(tǒng)保(bǎo)護(hù)之間的比(bǐ)較

傳統(tǒng)母綫保(bǎo)護(hù)方案有如下幾(jī)種。

（1）進(jìn)綫過(guò)流保護(hù)方案

利用微機過流保護(hù)實現中(zhōng)低壓(yā)開關櫃及(jí)其(qí)母綫保護方(fāng)案。過流(liú)保護動(dòng)作(zuò)時間需與(yǔ)各饋綫過流(liú)保(bǎo)護(hù)時(shí)間配合(hé)，至(zhì)少在(zài)300 ms 以(yǐ)上(shàng)，動作時間(jiān)不能滿足快速切(qiē)除弧(hú)光(guāng)短(duǎn)路故障的(dí)要(yào)求。

（2）變壓(yā)器(qì)後(hòu)備過流(liú)保(bǎo)護方(fāng)案:

該方案是(shì)目(mù)前(qián)應用(yòng)廣泛的(dí)中低壓母(mǔ)綫保護方案(àn)，保護跳閘(zhá)時間一般整(zhěng)定(dìng)為1. 2 ～ 2. 0 s，更加(jiā)不能(néng)滿足快(kuài)速(sù)切除(chú)中(zhōng)低壓母綫(xiàn)和(hé)綫(xiàn)路故障的(dí)要求(qiú)。

（3）環(huán)流原理的(dí)高(gāo)阻(zǔ)抗母(mǔ)綫(xiàn)保護方案(àn):

該(gāi)方案(àn)是(shì)專(zhuān)用(yòng)的(dí)母(mǔ)綫(xiàn)保(bǎo)護方案(àn)，保(bǎo)護(hù)動作時(shí)間(jiān)一般為35 ～ 60 ms。但(dàn)是這(zhè)種(zhǒng)方案(àn)接綫復雜，對CT 要(yào)求(qiú)高(gāo)，安(ān)裝(zhuāng)在中低壓開(kāi)關櫃有很(hěn)多困(kùn)難，也不(bù)經(jīng)濟。此外(wài)，由於其保護範圍受(shòu)到CT 安裝(zhuāng)位置(zhì)的(dí)限(xiàn)製(zhì)，不能保護發生(shēng)故(gù)障幾率(shuài)較高的電(diàn)纜接頭(tóu)處的故(gù)障(zhàng)，並且也不能提供故障(zhàng)定位(wèi)，因(yīn)此(cǐ)其(qí)實用性差(chà)。

弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護專(zhuān)門用(yòng)於(yú)來保(bǎo)護(hù)中(zhōng)低壓(yā)開關(guān)櫃母(mǔ)綫(xiàn)，它的(dí)動作(zuò)時間快，相比於(yú)傳統(tǒng)的保護係統，更(gēng)具*性(xìng)，它采(cǎi)用弧(hú)光(guāng)和電流閉鎖(suǒ)的(dí)方(fāng)法(fǎ)來(lái)進(jìn)行雙重(zhòng)判斷，增(zēng)加了可(kě)靠性和(hé)性。它(tā)在(zài)發生故障時，能(néng)準(zhǔn)確地定位(wèi)，可減(jiǎn)少維修人員查(chá)找(zhǎo)故(gù)障(zhàng)點(diǎn)的時(shí)間(jiān)，大大減短(duǎn)了(liǎo)維(wéi)修時(shí)間(jiān)，從(cóng)而保障事(shì)故(gù)檢修(xiū)之後快(kuài)速恢復供電(diàn)。

5安科瑞(ruì)ARB5係列(liè)弧光(guāng)保護(hù)裝置

安(ān)科(kē)瑞ARB5係列弧(hú)光保護(hù)裝(zhuāng)置具有(yǒu)原理簡單(dān)，動作可(kě)靠(kào)迅(xùn)速，對(duì)變(biàn)電(diàn)站一次(cì)設備(bèi)無特(tè)殊要求(qiú)，適應(yīng)於(yú)各種運(yùn)行方(fāng)式(shì)，且(qiě)在各種運(yùn)行方(fāng)式(shì)下保(bǎo)護(hù)不(bù)需要切換(huàn)等(děng)優點，為目前(qián)發電廠，變電站，工(gōng)業及商(shāng)業配電(diàn)係(xì)統(tǒng)0.4kV - 35kV中(zhōng)低壓(yā)母綫(xiàn)保護理(lǐ)想(xiǎng)的(dí)解(jiě)決(jué)方(fāng)案(àn)。它(tā)通過弧(hú)光(guāng)+電流雙(shuāng)重判據(jù)或(huò)弧光單判據啟(qǐ)動保(bǎo)護，其(qí)弧光單(dān)判(pàn)據動(dòng)作(zuò)時間(jiān)≤7ms；弧光+電流(liú)雙(shuāng)判(pàn)據動(dòng)作時間≤20ms，為快(kuài)速切除(chú)中低(dī)壓弧光故障(zhàng)提供了技術支持(chí)。

圖2 ARB5弧光保(bǎo)護(hù)邏輯原理圖

ARB5弧光保護(hù)還(huán)具(jù)有(yǒu)失(shī)靈保(bǎo)護，CT監測，弧光故障點定(dìng)位(wèi)，弧光光(guāng)纖(xiān)鏈(liàn)路(lù)自檢及裝(zhuāng)置異(yì)常自(zì)檢(jiǎn)，支(zhī)持(chí)包括(kuò)IEC61850在(zài)內(nèi)的(dí)主(zhǔ)要行(háng)業(yè)內(nèi)通訊協議等功(gōng)能(néng)。

圖3 ARB5弧(hú)光(guāng)保護典型(xíng)配(pèi)置圖

6中低(dī)壓開關(guān)櫃(guì)母(mǔ)綫弧光保(bǎo)護的(dí)應用(yòng)案例(lì)

安科瑞ARB5係列弧(hú)光保護裝置廣泛(fàn)應用於中低(dī)壓開關(guān)櫃(guì)母(mǔ)綫(xiàn)保(bǎo)護。

（1） 某機場10kV開關(guān)櫃母綫弧光(guāng)保護

圖4 某機場10kV開(kāi)關櫃(guì)ARB5弧光(guāng)保護安(ān)裝圖(tú)

（2） 某工廠(chǎng)0.4kV開(kāi)關(guān)櫃(guì)母綫(xiàn)弧(hú)光(guāng)保護

圖(tú)5 某工(gōng)廠0.4kV開(kāi)關櫃ARB5弧光(guāng)保護安(ān)裝(zhuāng)圖

結(jié)語

中低壓(yā)係統(tǒng)母綫的保(bǎo)護，不僅需(xū)要，熟(shú)練地(dì)掌握技術，還(huán)需要一些保護係(xì)統(tǒng)來(lái)協調(tiáo)配(pèi)合(hé)完成，而弧(hú)光保護作(zuò)為一個理(lǐ)想的解(jiě)決(jué)方(fāng)法(fǎ)，可以(yǐ)合理(lǐ)地解除(chú)故障，減(jiǎn)少設(shè)備(bèi)維護的(dí)次(cì)數(shù)，提高電力係(xì)統(tǒng)的(dí)經濟效益，提高電力(lì)係統的(dí)性和(hé)可(kě)靠性。

參考文(wén)獻

[1].王新恒(héng).中低壓(yā)係統母綫(xiàn)裝設(shè)弧(hú)光(guāng)保(bǎo)護的必要性分析(xī)

[2].李(lǐ)鷹洲.電弧(hú)光保護(hù)係(xì)統(tǒng)在中低壓(yā)開關櫃(guì)中的(dí)應用

[3].王(wáng)良毅(yì)，盧睿，曾治安.弧光保(bǎo)護(hù)在(zài)10kV開關櫃中(zhōng)的(dí)應用

[4].安(ān)科瑞企(qǐ)業(yè)微電網設計與(yǔ)應用手冊(cè)2022.05版