采用電弧光技術優化中低壓母線保護

孫啟國

摘 ? 要：目前中低壓母線系統僅通過上一級變壓器的保護來切除母線短路故障，因而導致母線故障不能瞬時切除，甚至可能造成事故進一步擴大，已嚴重影響到電力系統的安全運行。在電力系統中，35kV及以下電壓等級的母線回路出線間隔較多，因經常頻繁操作而機械磨損和絕緣老化，故母線的故障機率較高壓母線高。需要采用電弧光技術進行優化中低壓母線保護，保證電力系統的安全運行。

關鍵詞：電弧光技術 ?優化 ?中低壓母線保護

中圖分類號：TM77 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0047-02

1 ?概述

在電力系統中，35kV及以下電壓等級的母線回路出線間隔較多，母線開關設備由于停送電投入、切除操作次數較多，因經常頻繁操作而機械磨損和絕緣老化，故母線的故障機率較高壓母線高。當母線發生三相、兩相短路故障時，所產生的弧光短路會造成母線開關等設備損壞、人員損傷。

1.1 電弧光對設備造成的危害

在電力系統開關設備間隔內部發生短路故障時，故障短路電流很大，產生的電弧光會以280m/s以上的高速度向設備四周散開，產生爆炸，直接造成周圍設備損壞，人員損傷，在故障點處電弧光中心溫度可高達18000余℃，產生的高溫可將附近銅母線燒融;進線、出線電纜燒毀，甚至電氣開關設備發生爆炸現象，產生的短路電流對上一級變壓器造成很大的沖擊，甚至使上一級開關越級跳閘。

2 ?現有的中低壓母線保護方案及存在的問題

2.1 采用母線差動保護方案

采用母線差動保護僅能將兩側電流互感器范圍內進行保護，由于考慮到電流互感器安裝位置的影響，不能保護到開關進線、出線電纜接頭處，而電纜接頭處最易發生短路故障，且連接接線比較復雜，投入成本較高。其保護動作時間約為15～20ms。已不能滿足快速切除故障母線要求。

2.2 變壓器后備過流保護方案

由于考慮到故障短路電流與進出饋線和母線分段開關的保護動作時間配合問題，保護動作時間約為1.1～1.8s。也不能滿足快速切除中低壓母線故障要求。

目前現有的保護方案因保護覆蓋范圍及保護動作時間已不能滿足快速切除開關母線故障要求，為了解決因中低壓母線發生故障機率較高、延遲切除故障導致故障擴大，造成的設備損壞、人員損傷問題，故采用電弧光技術優化中壓母線保護系統。

3 ?新型電弧光母線保護系統

電弧光保護系統通過采用弧光檢測、過電流檢測進行邏輯判斷，控制啟動開關失靈保護，主要包括主控單元、電流單元、弧光傳感器及弧光單元等部分組成。電弧光保護系統的保護主要有電弧光保護和開關失靈保護。

電弧光保護以每一個電流單元作為一個分組，弧光探頭可以固定到任意一組，通過采集短路故障時產生電弧中的紫外光，當弧光單元把光信號從通過弧光傳感器傳輸到主控單元，主控單元與電流單元、主弧光單元、弧光擴展單元之間采用單模通信光纜連接。主控單元通過弧光探頭、弧光單元、弧光傳感器采集弧光動作信息，電流單元進行采集檢測電流，通過主控單元對所采集的信息進行分析判斷處理，當主控單元過電流啟動元件動作，電弧光保護發出動作信號，電流啟動元件分為突變量啟動元件和電流常量啟動元件，兩個元件取或邏輯;裝置可選擇弧光信號動作單判據作為動作邏輯判斷。只有同時檢測到弧光及過流時才發出指令，控制控制啟動開關失靈保護去跳閘，同時主控單元和站內監控系統通信，可選配2路以太網或2路CAN網，通信規約可方便地接入站內綜自系統。

3.1 開關失靈保護

開關失靈保護由弧光保護動作主控單元啟動、發出信號指令，通過檢測電流元件進行判斷。接受指令后，通過繼電器迅速使開關動作跳閘，切斷故障母線。從檢測到保護跳閘動作時間小于4ms，遠小于傳統的保護裝置。

4 ?結語

隨著電力系統用電負荷的增加，中低壓母線出現短路故障的頻率加大，它不僅影響企業的正常生產、居民的用電安全，還造成電力設備的損壞、人員傷亡，嚴重影響電力系統的安全運行。采用電弧光保護系統，具有保護動作時間短，結構原理簡單、動作可靠迅速、適應于各種運行方式等優點，為用戶提供了一個理想的中低壓母線保護解決方案。

參考文獻

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