浅谈电弧光保护装置在水电站的配置方案

时间：2023-06-12作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：308

0前言


电弧光是由于发生相间短路或接地短路时空气电离而形成的。在我国电力系统中开关柜内部电弧光故障时有发生，而一旦发生弧光故障将对人身及设备会带来大的损害。


水轮发电机组出口母线开关柜是水电站发电的重要输电枢纽。在发生内部故障时，是否能地切除故障，对电站的生产至关重要。因为国标《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB50062)及现行的电力行业规程规范未对6KV(10KV)母线保护作明确规定，因此水电站发电机出口母线一般未配置的快速母线保护，针对目前水电站中压母线保护配置的现状，非常有必要增设快速保护。国内一些也一直强调装设中低压母线保护的重要性，用户也希望可以提供一种造价较低，原理简单、适用于6-35KV的母线保护，以大限度减少母线故障对设备的损害，提高输电可靠性。


1配置弧光保护的必要性


在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题，一般未装设母线保护。然而，由于中低压母线上的出线多，操作频繁，三相导体线间距离与大地的距离比较近，受小动物危害，设备制造质量比高压设备差，设备绝缘老化和机械磨损，运行条件恶劣，系统运行条件改变，人为和操作错误等原因，中低压母线的故障几率比高压、压母线高得多。但长期以来，人们对中低压母线的保护一直不够重视，也未发现合理的解决方案，因此，大多采用带有较大延时的后备保护来切除母线上的故障，往往使故障被发展、扩大，从而造成巨大的经济损失。究其原因大多是因为没有装设中低压母线保护，未能快速切除故障所造成。所以，为了保证变压器及母线开关设备的运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置中低压母线保护。


在这种情况下，电弧光保护成为了广大水电站用户中低压母线保护的理想选择。母线电弧光保护不仅动作速度快，可靠性高而且与其它母线保护相比具有价格优势。


我国于2004年开始使用进口母线电弧光保护，目前电力系统，尤其是发电系统，


约70-80的新建电厂均采用了母线电弧光保护。


2采用母线电弧光保护的好处


由于光电式电弧光保护系统测量的光和电是两个完全不同物理性质的参数，采用光信号，故障电流信号双判据的动作原理决定了他的误动率要比系统中其他主保护(包括发电机，变压器、线路)误动概率要小，既能**高压开柜运行，又不会影响电站正常生产。


采用母线电弧光保护具有以下几个优点：


1）保护附近工作人员免受电弧光对人身的伤害。


2）保护中低压设备免受严重破坏，防止火灾发生。


3）保护主变压器或者厂用变压器免受严重冲击而损环。


4）防止波及站用直流系统，避免造成巨大的经济损失。


5）大限度地减少用户的停电时间(用户停电恢复时间，由原来的2-3个星期减少到几个小时以内）。


6）延长现有开关设备的使用寿命。


3水电站电弧光保护系统的配置方案


3．1电弧光保护系统配置


电弧光保护系统一般由主单元、扩展单元及电弧光传感器组成，由于采用弧光传感器检测电弧光，并通过高速固态出口输出断路器跳闸信号，该系统对电弧光的反应速度从检测到电弧光到发出跳闸信号快时间不过7毫秒。


电弧光系统的保护动作机制：传感器在检测到母线弧光故障后，将弧光信号传送给扩展单元，然后扩展单元通过总线将信号再传递给主单元。主单元在收到信号后，将向断路器发出跳闸信号将进线断路器跳闻，从而电弧光的发展。


当传感器检测到电缆室的弧光故障时，扩展单元可直接跳本柜的断路器，而不会影响到进线。


3．2电气原理方案


1）正常情况下，装置自检、弧光传感器自检，如果发现弧光故障，均能给出弧光故障信息，同时，如果是装置故障，将闭锁跳闸出口，避免误动作；此信号可由一个告警节点输出至告警小母线或信号采集装置。


2)母线因故产生电弧光，相应母线室的弧光传感器检测到弧光后，将信号上传到扩展单元。


3）若为母线分段运行，各主单元在收到弧光信号的同时，比较自身采集到的电流信号。弧光和电流均满足判据，则为本段母线发生弧光，发出跳闸信号，本段进线断路器跳闸，从而熄灭电弧，同时给出跳闸信号。


4）如果电缆室发生弧光故障，则相应的扩展单元动作，跳相应的本柜断路器。


5）若为单进线运行带I、Ⅱ段母线，各母线的主单元收到弧光信号的同时，立即将弧光信号同步转发至另外一个主单元。则工作进线的主单元收到弧光信号(本段传来信号或者另一台主单元转发),且电流满足条件，则发出跳闸信号，跳开分段断路器，从而熄灭电弧，同时给出跳间信号，并保证其它母线正常运行。


6）失灵保护：若母联断路器失灵，则启动失灵保护跳低压侧进线；若低压侧进线失灵，则启动失灵保护跳高压侧断路器。


7）若各段母线的主单元退出运行，则该段弧光保护退出。


4安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明




ARB5-弧光主控单元



（1）＊表示可选附件，需要另外增加费用1500元。



（2）主控板和采集板数量之和不能大于4。


（3）弧光探头到采集板的长度不能过20米。


（4）如有特殊要求，请特别注明。




5安科瑞ARB5-M弧光保护产品功能和技术参数



6安科瑞ARB5-M弧光保护产品现场安装


弧光保护主控单元、探头安装图如下。







7结束语


随着人们对电弧光故障的进一步研究和认识，许多水电站已开始应用电弧光保护系统，像我公司设计的斜卡水电站、撒多水电站10kV高压开关柜均配置了电弧光保护。


我们建议水电站35kV以下母线增设电弧光保护系统作为母线主保护，从而弥补目前只有母线后备保护的技术缺陷。减少或避免开关柜内部电弧光故障带来的人身伤害，提高生产率：使开关及变压器等主要设备损失降到低，在短时间内恢复生产；为水电站“无人值班、少人值守”生产模式提供必要的**。


参考文献：

[1]夏焱，郑贤武.水电站电弧光保护系统的配置研究[J].
[2]蔡彬，陈德桂，李志鹏.开关柜中内部电弧故障的仿真与实验(英文)[J].电工技术学报，2004(03)．
[3]杨建红，张认成，房怀英.基于Duffing振子信号检测的故障电弧短路监测系统[J].电工电能新技术，2007(01)．
[4]董爱华，谷彬.低压配电开关故障电弧检测技术的发展趋势[A];九届全圆信息获取与处理学术会议论文集I[C].2011．
[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5（版）.




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