淺談UFES在廈門110 kV西郭變的應用

李靜琳

(廈門電力有限公司，福建 廈門 361000)

淺談UFES在廈門110 kV西郭變的應用

李靜琳

(廈門電力有限公司，福建 廈門 361000)

首先闡述了電弧的產生及危害，然后介紹了快速滅弧器(UFES)的動作原理，并與傳統滅弧方式進行了比較分析，最后結合UFES在廈門110 kV西郭變的實際應用，強調UFES在4 ms內快速檢測故障電流并熄滅故障電弧的優點。

UFES；電弧；滅弧裝置；應用

0 引言

快速滅弧器(UFES)是一款主動型電弧故障保護設備，能顯著降低電力系統發生電弧事故時產生的高溫及電動力對設備的破壞和影響。有效應用UFES能更快地檢測到內部電弧故障，在電流達到峰值前通過裝置的快速接地迅速抑制故障電弧，降低電弧故障造成的破壞，減小短路電流對設備的沖擊和對人身的傷害，起到保護人身/設備安全、快速隔離故障的作用。本文通過UFES在廈門110 kV西郭變的實際應用，為同類型設備的應用提供借鑒。

1 電弧的產生及危害

開關柜發生內部電弧故障時，電弧燃燒所釋放的巨大能量會產生各種有害效應，電弧的持續會對設備及附近人員造成傷害。電力系統常見故障有過流、過壓、短路、電弧，其中電弧對人身和設備安全危害最大，主要體現在：

(1) 功率大：電弧產生時，瞬時功率可達2×107kW；

(2) 溫度高：電弧內部溫度可達10 000～20 000 ℃；

(3) 光度強：電弧光強可超過正常照明光強2 000倍；

(4) 擴散快：在氣體的流動及電場作用下，形成“飛弧”；

(5) 電弧使壓力急劇上升2.5×105Pa，元件燃燒、氣化使溫度急劇升高導致設備嚴重損壞，威脅人身安全，污染環境。

產生電弧故障的常見原因：誤操作、主回路接觸不良、設備老化、聯鎖失效、小動物進入。其中，75%的電弧事故涉及人員誤操作。據統計，電弧故障發生時運行檢修人員在開關柜內作業的幾率有65%，在開關柜門前操作的幾率有10%。

2 滅弧裝置的應用情況

一般情況下，開關設備燃弧會造成嚴重后果。因為電弧的形成只需幾毫秒，但是在燃弧過程中能量的釋放是驚人的，可造成嚴重傷害事故，甚至人員死亡。現有許多電弧保護裝置用于縮短電弧故障電流持續時間，但這并不一定能防止電弧故障造成的損害。當短路電流過峰值回落到零值附近時，其電弧能量最小，一般滅弧器都是借此機會滅弧。由于短路電流已經過了峰值，所以即便滅弧了，但其產生的高溫和電動力對設備的破壞是無法避免的。電弧故障造成的損害取決于電弧電流以及燃弧時間，這兩個參數中，只有時間可以控制。

UFES是一款主動型電弧故障保護設備，能顯著降低電力系統發生電弧故障時產生的高溫及電動力對設備的破壞和影響。UFES的滅弧能力極強，滅弧速度極快，當短路電流剛剛起始時，就將其滅弧，這樣，就沒有大的短路電流流過后面的電氣設備，從而不會產生高溫和很大的電動力。

傳統滅弧方式和UFES的對比如表1所示。

表1 傳統滅弧方式和UFES對比

如果依靠傳統的保護技術，電弧持續時間將超過140 ms，對人員和設備將造成難以恢復的損害。現在將知名的真空滅弧室技術及世界上最快的限流開關設備——Is快速限流器巧妙結合在一起，形成了響應速度極快的中壓開關設備電弧故障保護系統——UFES。當開關設備系統內部發生電弧故障時，UFES可在4 ms內快速檢測故障電流和電弧閃光，并確保故障電弧瞬間立即熄滅。

3 UFES的動作原理

UFES采用ABB最新開發的超快速中壓開關設備電弧故障保護系統，可在故障電弧發生后4 ms內確保熄滅電弧。

基本工作原理如圖1所示。

圖1 基本工作原理示意圖

UFES通過檢測控制裝置的判斷和一次主元件的指令動作。

(1) UFES主要由檢測控制裝置(DTU)和一次主元件組成。檢測控制裝置能在2 ms內可靠地檢測到故障弧光及故障電流信號，經判斷電弧故障已經發生，即觸發3個一次主元件(PSE)動作。一次主元件收到動作指令后在1.5 ms內動作，實現系統三相金屬性接地短路，則電弧故障出現后4 ms內熄滅電弧。

(2) UFES系統由基本單元和擴展單元組成。基本單元由QRU型檢測控制裝置、QRU配套的弧光監測探頭和3個一次主元件組成，包含檢測控制裝置到PSE之間的連接電纜。

4 在西郭變的安裝運用

西郭站弧光監測探頭輸入信號多于9路，所以采用了擴展弧光檢測單元，匯集22路信號輸入，整合后經K4、K5、K6 3個通道輸入DTU。DTU裝設于10 kV Ⅲ段母線PT間隔柜面板上，自身使用8路輸入信號；PSE使用獨立專用柜，裝設于Ⅲ段母線PT柜上方并連接于Ⅲ段母線；擴展弧光檢測單元放置于935開關柜上方，設有一個空開SM30供面板裝置使用。Ⅲ段母線各柜在開關室(中柜)及母線室分別裝設一個弧光監測探頭，如圖2所示。

圖2 西郭變安裝位置圖

變電站中的開關柜內部弧光短路故障不僅可能引起設備嚴重損壞、灼傷工作人員，有的甚至會發展成多組開關柜同時燒毀的“火燒連營”的事故。當開關柜出現內部故障電弧時，電弧燃燒所釋放的巨大能量會產生各種有害效應，傳統的保護技術滅弧持續時間超過140 ms，對于人員和設備將造成難以恢復的損害。UFES快速滅弧裝置在設備內部發生電弧時將系統三相直接接地，確保在4 ms內快速檢測并熄滅故障電弧，以有效保障運行人員的安全。

5 結語

隨著安全技術的不斷發展和逐步完善，具備內部電弧防護能力已經成為中壓設備安全標準的規定之一。UFES采用的超快速電弧故障保護系統填補了中壓開關設備電弧故障防護領域的空白，將真空滅弧技術與開斷速度最快的限流開關設備巧妙地結合在一起，形成了響應速度極快的電弧故障防護系統。當開關設備系統內部發生電弧故障時，UFES可在4 ms內快速檢測故障電流和電弧閃光，并確保故障電弧瞬間熄滅。UFES將大幅提高系統可靠性和操作人員安全性，有效減少故障停運時間和維修費用，為電網運行提供有力保障。

2014-07-03

李靜琳(1986—)，女，福建廈門人，助理工程師，研究方向：變電檢修。