弧光保護誤動事故的分析及預防措施

摘要：弧光保護裝置在母線發生弧光短路故障時，能快速排除母線故障，保護人身和設備安全，但目前的弧光保護裝置采用的動作判據還不夠完善，在實際運行中存在誤動情況。文章給出兩點輔助判斷條件，能有效避免可能存在的誤動情況，使弧光保護動作的可靠性顯著提高。

關鍵詞：弧光保護；誤動；母線保護；電流方向閉鎖；紫外輻射

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）30-0095-02

1 概述

根據統計資料表明，配網中每年每1000臺開關柜就有7臺遭到損壞，故障率0.7%。而農村配電網的故障概率更高，達到1.2%左右，僅是手車柜，我國電力系統每年就有800多面柜燒毀。分析這些設備故障的原因，主要是由弧光短路引起的。弧光不但破壞昂貴的設備，更為嚴重的是造成人身傷害，甚至危及人的生命。而國內目前的中低壓母線系統中一般不配置母差保護來快速切除母線故障，主要依靠上級變壓器的后備保護來切除，由于時間的級差，無法瞬時切除故障。電弧持續燃燒的結果是釋放出巨大的能量，從而造成災難性的后果，開關柜被嚴重燒毀。弧光保護采用弧光檢測和電流檢測雙重判據，當弧光和電流共同滿足動作條件時，裝置發出跳閘信號，快速切除故障，保障人身和設備的安全。

110kV周巷變作為弧光保護裝置試點，于2011年11月在10kV開關柜裝設了弧光保護裝置，一年來運行狀況良好。但在2012年8月8日，卻發生弧光保護誤動事故，造成一段母線失電，擴大了停電范圍，嚴重影響了電力系統的安全穩定運行。本文對此次弧光保護的誤動原因進行詳細的分析，并對實際運行中可能存在的誤動情況提出了相應的預防措施，增強了弧光保護運行的可靠性。

2 弧光保護發生誤動過程

2012年8月8日，110kV周巷變Ⅱ段母線弧光保護動作，出口跳#2主變10kV開關和10kV母分開關。110kV周巷變是內橋接線，保護動作前，#1主變、#2主變和110kV、10kV母分開關分別處運行狀態。

經檢查發現，故障點位于#2主變10kV穿墻套管連接柜即#2主變10kV過渡柜處，在故障點處發生了明顯的竄弧痕跡。由于故障點位于#2主變低壓側的采樣CT上端，因此，故障點不在弧光保護范圍內，弧光保護動作異常。

3 故障原因分析

3.1 110kV周巷變弧光保護裝置簡介

正常情況下，裝置自檢、透鏡自檢，如果發生故障，均能給出故障信息，同時，如果是裝置故障，將閉鎖跳閘出口，避免誤動作；此信號可由一個告警節點輸出至告警小母線或信號采集裝置。

母線因故產生弧光，相應母線室的透鏡傳感器檢測到弧光后，將信號上傳到擴展單元REA107。擴展單元收到信號后，將檢測信號通過總線電纜上傳到該柜所在段對應的主單元。主單元REA101收到弧光信號的同時，立即將弧光信號同步轉發至另外一個主單元。各REA101在收到弧光信號的同時，比較自身采集到的電流信號。

弧光保護動作判據為故障時產生的兩個條件：弧光和過電流。弧光和電流均滿足判據，則為本段母線發生弧光，發出跳閘信號，本段進線斷路器跳閘，從而熄滅電弧，同時給出跳閘信號；但只檢測到弧光或者電流增量時發出報警信號，并不會發出跳閘指令。

3.2 弧光保護誤動的原因

工作人員對開關柜進行檢查發現，#2主變10kV開關間隔、10kVⅡ段母線間隔、花園B822開關間隔及備用B820開關間隔探頭動作燈亮，弧光保護動作燈亮。#2主變10kV開關間隔、10kVⅡ段母線間隔、花園B822開關間隔及備用B820開關間隔為#2主變10kV過渡柜右邊相鄰間隔，#2主變10kV過渡柜左邊無相鄰間隔，#2主變10kV過渡柜無弧光保護探頭。

雖然故障點位于弧光保護范圍外，但是由于開關柜之間的遮擋物對光并不是完全密封的，特別是弧光短路時產生的強光，使相鄰間隔容易采集到光信號，滿足弧光條件。#1主變通過10kV母分供給故障點的短路電流也使#2主變低壓側CT的采樣值滿足電流條件。因此，兩個條件同時滿足弧光保護動作判據，弧光保護動作，使Ⅱ段母線失電，使停電范圍擴大。

4 防止誤動的措施

4.1 電流判據增加方向閉鎖條件

上述引發誤動的一個重要原因是由于弧光保護裝置的電流判據主要取決于采樣電流的大小，而對于電流的方向則不作為判斷條件。因此，判斷電流時增加方向閉鎖條件，將有效避免上述的誤動情況。

加入方向閉鎖條件后，當母線上發生弧光短路故障，由于電流的大小和方向同時滿足，弧光保護仍然能可靠速動；當弧光保護范圍外，屬于母線以上的故障，由于電流方向不符合條件，電流判據就不滿足，屬于母線以下的故障，電流大小和方向同時滿足，存在誤動可能性，該類情況下可通過下述措施進行避免。

4.2 利用電弧的紫外輻射特征

目前，弧光保護裝置的弧光判據是根據傳感器檢測到的光強度大小來判斷。當光強度落在弧光保護光靈敏度范圍內，則弧光條件滿足，反之，如果光強度不夠，則視作非弧光接地短路故障信號。一般情況下，廠家對弧光保護的光靈敏度設置很高，用手電筒照射的光就能使其滿足動作條件。因此，在其他非母線故障情況下，閃電等強光透過擋板的空隙照射進來，由于弧光保護光靈敏度較高，就容易使其滿足弧光動作條件。此時，如果恰好又發生10kV出線短路故障，使電流判據也同時滿足，那么，弧光保護就會誤動作，使母線失電。

引入電弧的紫外輻射特征作為輔助條件，結合光強共同作為弧光的判據，則可避免此類誤動情況。研究表明，電弧放電產生的弧光光譜包含紫外、可見光和近紅外3個區。紫外光光譜在230～400nm間，而230～280nm波長區域的紫外光稱為日盲區。為了進行電弧放電檢測，減小日光等的干擾，將光電傳感器檢測到的光用相應的濾光技術處理，只需檢測280nm以下部分的紫外光。用電弧的紫外輻射特征輔助判斷弧光，將是減少弧光誤動的有效措施。

5 結語

弧光保護裝置的誤動原因主要是目前所采用的電流判據和弧光判據還不夠完善。通過對幾種可能誤動的情況進行分析，提出了防止誤動的兩點措施，即在電流判據中引入電流方向閉鎖和在弧光判據中引入紫外輻射特征要素。采用以上兩點措施，將有效提高弧光保護裝置動作的可靠性。

參考文獻

[1] 吳志勇.電弧光保護在電力系統的應用[J].四川電力技術，2009，（4）：49-51、68.

[2] 梁坡，何寧，廖欣.電弧放電紫外光輻射探測系統研制

[J]激光與光電子學進展，2011，48（8）.

作者簡介：張思（1986-），男，慈溪市供電局助理工程師，研究方向：繼電保護專業的管理。

（責任編輯：文 森）