母线弧光保护装置在电网的应用

浅谈母线装设弧光保护的必要性

【摘要】：中低压开关柜作为电能生产与分配的基础设施之一，使用量逐年增加，并且使用场合的复杂性也在增加。成套开关设备中母线故障产生的弧光将烧坏其元器件,从而导致事故扩大,往往造成较大的经济损失,而母线弧光保护正好解决了这个难题，能够很好的保护开关设备并降低损失。

引言

弧光放电不仅会造成停电事故，还会造成设备性损坏和人身伤害，带来不可估量的损失。弧光放电事故是中低压开关柜内严重的事故之一，本文就几个方面来探讨中低压母线装设弧光保护的必要性。

1重视中低压母线故障的原因

我国电力发展建设已经进入大电网、大机组、压输电阶段，并且对发电机组的容量要求越来越高，这对电力系统运行提出了更高的要求，因为单台大机组的运行情况，会直接影响到整个电网的运行稳定性、性以及经济性。同时，发电厂的用电系统与运行，对发电机组的影响也越来越大。由此可以看出，如果中低压母线出现故障，它会产生弧光，所产生的弧光对电力设备及人本身的影响大，会造成不同程度的损伤，有时还会引发“链式反应”。

现行的继电保护设计标准，是采用借助于上元件的后备过流的方法来保护，从而切除中低压系统母线短路的问题，这样的做法存在弊端。电路故障应该在尽可能短的时间得到维修，而这类保护方法会导致维修时间增长，对设备也有一定的损伤。这些问题如果没有及时解决，还会引起不同程度的事故，轻则会发展为输电网故障，重则会使电力系统出现整体性故障。

2产生中低压弧光故障的因素

中低压电力系统在运行中发生的弧光故障事故，多是受到环境条件的影响，绝缘材料受潮、设备表面产生凝露和附着污秽，从而使设备绝缘水平下降引发事故。

(1)弧光产生的技术原因

设备故障和带电设备的误操作，检修工具遗漏在开关设备内，错误的接线和母线连接，绝缘老化和机械磨损、过电压，小动物、灰尘、温度、湿度、腐蚀等环境因素，容性接地电流扩大等。

(2)弧光产生的人为原因

误入带电间隔，隔离开关误操作，忘记在工作区接地，忘记测量工作区内的高压等。

除此之外，电力系统的迅速发展，电网的结构总是在不停地改变，用电负载在增多，从而导致电缆增多，电量超负荷，也容易导致故障发生。

3弧光故障事故的危害

开关柜内的发生短路弧光的功率可高达100MW，电弧燃烧所产生的能量与电弧的燃烧时间及短路电流变化值呈指数倍增长(如下图所示)，燃烧产生的高温、高压将会逐步摧毁元器件、铜排以及成列的开关柜，高明亮的弧光和有毒气体对人体也有巨大的伤害。

电弧产生的能量与I 2t成指数规律快速上升，其不仅与故障电流的大小有关，还与燃弧时间有关。根据故障点的不同，通常情况下故障短路电流会在几千安至几万安，故障若不能及时切除以熄灭电弧，则会产生巨大能量。总之，开关柜发生内部电弧故障，不论是对开发设备还是对附近的工作人员，其危险性不可谓不严重。

弧光保护与传统保护之间的比较

传统母线保护方案有如下几种。

(1)进线过流保护方案

利用微机过流保护实现中低压开关柜及其母线保护方案。过流保护动作时间需与各馈线过流保护时间配合，至少在300 ms 以上，动作时间不能满足快速切除弧光短路故障的要求。

(2)变压器后备过流保护方案:

该方案是目前应用广泛的中低压母线保护方案，保护跳闸时间一般整定为1. 2 ～ 2. 0 s，更加不能满足快速切除中低压母线和线路故障的要求。

(3)环流原理的高阻抗母线保护方案:

该方案是专用的母线保护方案，保护动作时间一般为35 ～ 60 ms。但是这种方案接线复杂、对CT 要求高，安装在中低压开关柜有很多困难，也不经济。此外，由于其保护范围受到CT 安装位置的限制，不能保护发生故障几率较高的电缆接头处的故障，并且也不能提供故障定位，因此其实用性差。

弧光保护专门用于来保护中低压开关柜母线，它的动作时间快，相比于传统的保护系统，更具优越性，它采用弧光和电流闭锁的方法来进行双重判断，增加了可靠性和性。它在发生故障时，能准确地定位，可减少维修人员查找故障点的时间，大大减短了维修时间，从而保障事故检修之后快速恢复供电。

RS-810系列母线弧光保护装置弧光保护系统是我公司根据国内实际情况，吸收国外电弧光保护的特点，结合行业检测及保护配置相关规程，自主研发出具有独特创新技术、具有广泛实用性、高可靠性的新型电弧光保护系统。采用弧光检测和过电流检测双判据原理，具有保护动作速度快、可靠性高等特点。

RSH-810系列母线弧光保护装置可以起到以下作用：

1)减少或降低电弧光对于人体的伤害;

2)减少或降低电弧光短路故障对于设备的损害;

3)避免变压器因近距离母线故障造成动稳定破坏，延长变压器的使用寿命;

4)缩短电弧光故障切除时间，避免波及站内直流系统造成重大损失;

5)减少因电弧光故障造成设备停运的时间，更快地恢复供电;

电弧光保护系统，主要应用于以下场合：

1)电力变电站

2)火电厂电气段开关柜母线室及馈线柜

3)风电场升压站集电线路开关柜

4)箱式变电站

5)铝镁行业大型直流整流柜

6中低压开关柜母线弧光保护的应用案例广泛应用于中低压开关柜母线保护。

(1) 某煤矿10kV开关柜母线弧光保护

(2) 某加油站0.4kV开关柜母线弧光保护

结语

中低压系统母线的保护，不仅需要、熟练地掌握技术，还需要一些保护系统来协调配合完成，而弧光保护作为一个理想的解决方法，可以合理地解除故障，减少设备维护的次数，提高电力系统的经济效益，提高电力系统的性和可靠性。

审核编辑：汤梓红