半導(dǎo)體行業(yè)低壓配電采用弧光保護(hù)必要性分析

王秉讓，楊建峰，連建軍，李占庭，穆文濤

（中國電子系統(tǒng)工程第四建設(shè)有限公司，河北石家莊 050000）

1 低壓配電系統(tǒng)電源側(cè)短路故障切除時(shí)間介紹

以圖1 所示的低壓系統(tǒng)為例，分析帶低壓綜保的配電系統(tǒng)故障切除時(shí)間。

圖1 10 kV/0.4 kV 配電系統(tǒng)單線圖

（1）根據(jù)低壓配電系統(tǒng)參數(shù)，對短路點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1 10 kV/0.4 kV 短路點(diǎn)參數(shù)

（2）對高低壓開關(guān)進(jìn)行整定，結(jié)果見表2。

表2 高低壓開關(guān)整定值

（3）根據(jù)高低壓開關(guān)整定值，未加弧光保護(hù)的故障切除時(shí)間（DL2 開啟瞬時(shí)保護(hù)）見表3。

表3 未加弧光保護(hù)的故障切除時(shí)間（DL2 開啟瞬時(shí)保護(hù)）

K1 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)10.9 kA，達(dá)到DL1 開關(guān)的速斷保護(hù)值2.68 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，故障切除時(shí)間85 ms。

K2 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)1.77 kA，達(dá)到DL1 開關(guān)的短延時(shí)保護(hù)值0.4 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，加延時(shí)時(shí)間600 ms，故障切除時(shí)間685 ms。

K3 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)1.77 kA，達(dá)到DL2 開關(guān)的速斷時(shí)保護(hù)值0.96 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，故障切除時(shí)間85 ms。

K4 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)1.77 kA，達(dá)到DL3 開關(guān)的速斷時(shí)保護(hù)值0.64 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，故障切除時(shí)間85 ms。

（4）根據(jù)高低壓開關(guān)整定值，未加弧光保護(hù)的故障切除時(shí)間（DL2 關(guān)閉瞬時(shí)保護(hù)）見表4。

表4 未加弧光保護(hù)的故障切除時(shí)間（DL2 關(guān)閉瞬時(shí)保護(hù)）

K1 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)10.9 kA，達(dá)到DL1 開關(guān)的速斷保護(hù)值2.68 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，故障切除時(shí)間85 ms。

K2 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)1.77 kA，達(dá)到DL1 開關(guān)的短延時(shí)保護(hù)值0.4 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，加延時(shí)時(shí)間600 ms，故障切除時(shí)間685 ms。

K3 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)1.77 kA，達(dá)到DL2 開關(guān)的短延時(shí)時(shí)保護(hù)值0.36 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，加延時(shí)時(shí)間400 ms，故障切除時(shí)間485 ms。

K4 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)1.77 kA，達(dá)到DL3 開關(guān)的速斷時(shí)保護(hù)值0.64 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，故障切除時(shí)間85 ms。

（5）根據(jù)高低壓開關(guān)整定值，加弧光保護(hù)的故障切除時(shí)間（DL2 關(guān)閉瞬時(shí)）見表5。

表5 加弧光保護(hù)的故障切除時(shí)間（DL2 關(guān)閉瞬時(shí)）

K1 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)10.9 kA，達(dá)到開關(guān)DL1 的速斷保護(hù)值2.68 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，故障切除時(shí)間85 ms。

K2 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)1.77 kA，弧光短路判據(jù)加達(dá)到DL1 開關(guān)的弧光保護(hù)值0.4 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，加延時(shí)時(shí)間0 ms，故障切除時(shí)間85 ms。

K3 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)1.77 kA，弧光短路判據(jù)加達(dá)到DL1 開關(guān)的短延時(shí)保護(hù)值0.4 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms 加延時(shí)時(shí)間0 ms，故障切除時(shí)間85 ms。

K4 點(diǎn)弧光短路，兩相短路電流可達(dá)1.77 kA，達(dá)到DL3 開關(guān)的速斷時(shí)保護(hù)值0.64 kA，故障判斷及斷路器切斷時(shí)間總計(jì)85 ms，故障切除時(shí)間85 ms。

2 半導(dǎo)體行業(yè)配電系統(tǒng)現(xiàn)有綜保分析

半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)有綜保系統(tǒng)，低壓總開關(guān)DL2 速斷保護(hù)關(guān)閉，保證在低壓開關(guān)DL3 饋出的電纜或母線發(fā)生短路時(shí)，不會引起DL2 速斷動作而造成故障停電范圍擴(kuò)大。但通過表4 可以看出，在變壓器低壓出線至低壓饋出開關(guān)DL3 上口的銅排、母線弧光短路時(shí)，在K2 點(diǎn)的故障切除時(shí)間為685 ms；在K3 點(diǎn)的故障切除時(shí)間為485 ms。在低壓柜內(nèi)發(fā)生弧光短路超過100 ms就會造成低壓柜不可恢復(fù)的損壞。

根據(jù)以上分析可以看出，半導(dǎo)體行業(yè)的供電可靠性非常重要，但恢復(fù)供電時(shí)間也是重中之重。現(xiàn)在外資品牌施耐德、西門子、ABB 以及國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)眾多品牌都有弧光短路保護(hù)產(chǎn)品。在變壓器低壓接線柱至低壓饋出開關(guān)DL3 上口的主母排安裝弧光短路保護(hù)感光探頭進(jìn)行弧光保護(hù)，并與高壓開關(guān)DL1 的過流保護(hù)進(jìn)行聯(lián)鎖發(fā)出DL1 跳閘信號，可以使K2、K3 處的弧光短路時(shí)總的故障切除時(shí)間達(dá)到85 ms，保護(hù)低壓柜內(nèi)設(shè)備，使弧光短路故障發(fā)生后的恢復(fù)供電時(shí)間大大縮短。

3 某半導(dǎo)體行業(yè)配電系統(tǒng)弧光短路故障實(shí)例

發(fā)生弧光短路的低壓總開關(guān)DL2 如圖2 所示，弧光短路發(fā)生時(shí)的故障錄波如圖3 所示。

圖2 發(fā)生弧光短路的低壓總開關(guān)DL2

圖3 發(fā)生弧光短路DL2開關(guān)的故障錄波

圖3 所示的故障錄波是DL2 開關(guān)的電壓、電流波形，從上到下依次為A 相電壓、A 相電流、B 相電壓、B相電流、C 相電壓、C 相電流。電流數(shù)值來自開關(guān)下口電流互感器，故在DL2 上口發(fā)生弧光短路時(shí)感測不到故障電流，在弧光短路移動到其下口以后才感測到故障電流。從圖中可以看出，弧光短路發(fā)生后，電壓波形發(fā)生畸變。根據(jù)故障錄波波形，開關(guān)DL2 上口先發(fā)生弧光短路，經(jīng)過15 個(gè)周波（300 ms）后，孤光短路由DL2 上口移動到DL2 下口，又經(jīng)過19 個(gè)周波（380 ms）后，高壓開關(guān)DL1 跳閘，總計(jì)故障切除時(shí)間為680 ms。該時(shí)間同表4 中K2 點(diǎn)弧光短路故障的切除時(shí)間685 ms 相同。

4 結(jié)論

通過上述分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）對于低壓供配電系統(tǒng)，由于變壓器高壓開關(guān)的速斷保護(hù)值超過低壓三相短路電流值。故在變壓器低壓接線柱至低壓總開關(guān)上口發(fā)生三相短路時(shí)，故障切除時(shí)間為高壓開關(guān)的短延時(shí)保護(hù)延時(shí)時(shí)間加斷路器動作時(shí)間（約85 ms），故障總切除時(shí)間達(dá)到600 ms 以上，遠(yuǎn)大于低壓柜要求的100 ms 弧光短路切除時(shí)間，故加弧光短路保護(hù)是必要的。

（2）半導(dǎo)體行業(yè)低壓配電綜保系統(tǒng)，低壓進(jìn)線斷路器關(guān)閉瞬時(shí)保護(hù)，故在變壓器低壓接線柱至低壓進(jìn)線開關(guān)上口發(fā)生三相短路時(shí)，故障切除時(shí)間為高壓開關(guān)的短延時(shí)加斷路器動作時(shí)間85 ms，故障總切除時(shí)間達(dá)到600 ms 以上。在低壓總開關(guān)下口至低壓饋出開關(guān)上口母排發(fā)生三相短路時(shí)，故障切除時(shí)間為低壓進(jìn)線開關(guān)的短延時(shí)加斷路器動作時(shí)間（85 ms），故障總切除時(shí)間達(dá)到400 ms 以上，大于低壓柜要求的100 ms 弧光短路切除時(shí)間，故加弧光短路保護(hù)是必要的。

（3）現(xiàn)在外資品牌的綜保產(chǎn)品自帶弧光保護(hù)接口，設(shè)計(jì)時(shí)可以選帶弧光保護(hù)的綜保產(chǎn)品。

（4）加裝弧光保護(hù)的低壓綜保系統(tǒng)，可以大大減少低壓柜發(fā)生弧光短路故障時(shí)的損失，并大大減少恢復(fù)送電時(shí)間。