浅析弧光保护装置的应用

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：在我国的电网结构中，电弧光保护系统装置可以用在任何中低压线路当中，帮助短路问题，并能快速免除故障，电弧光装置通常放置在开关柜内，一旦柜内出现弧光，就需要立即切除开关电源，电弧光保护装置发挥作用。本文将先介绍弧光装置构成，设计原理，并对关键技术以及应用进行说明。
关键词：弧光保护装置；关键技术；应用
1弧光保护装置构成
现阶段，我国电网结构中用的多的是中压系统，也就是35KV的电压等级，而且使用的中置柜大多是封闭式的，由于电流比较大，在使用的时候容易出现故障，由于设备的安全距离与实际相比还存在差距，所以短路事故时有发生。有时柜内母线也会发生故障，它发生故障的后果就是产生气体，并能使开关柜发生爆炸，这样一来，电弧发生高温现象，导致铜排、电缆线等烧毁，开关设备振动，有毒气体、碎片等四处飞溅，造成人员伤亡。但在以往，对于中低压母线系统的保护，并没有专用母线保护装置，所以只能用一些传统的保护方法，比如说用整定的方法，规定整定时间在1秒以上，但是这样使用的时间较长，电流大，甚至烧毁设备；如果使用电流差保护，虽然保护速度较快，但是所需成本较大，安装较为困难，还容易受到其他装置的影响，故障发生概率大，为了满足现代电力系统发展的需要，需要保证变压器和开关的安全运行，这就要用专用中低压母线保护装置，其中的系统就是电弧光装置了，电弧光保护装置是一种用于中低压线路中的装置，它可以在母线发生短路故障时迅速切断电源开关，免除故障，使设备免受其害。在开关柜中设置电弧光保护装置，可以判断母线是否发生故障，并且在柜内有弧光时，切断开关，将故障缩小到一定范围之内，尽量为企业减小经济损失。
电弧光保护装置由几大部分组成，其中包括弧光传感器、传输光纤以及传感器，电弧光保护装置使用较为简便，可以就近选择电流，也可以在任何地方接收到其他装置的弧光信号，并在一定时间内实现判断、记录数据以及人机交互功能，弧光传感器的安装位置需要在开关柜中的室壁上，一旦发生故障，传感器就会把检测到的信号发送给电弧光装置，完成光电的正常转换。其中的弧光传感器是核心元件，它主要可以分为两种，一种是带式弧光传感器，一种是点式弧光传感器，由于两种形式各不相同，所以应用于不同的地方，带式光纤传感器主要应用在狭窄的空间里，利用带式检测有疑点的位置，一整条都可以顺利完成检测工作，并能接收到弧光信号，所以操作简便，布置方便，但是效率较低，因为不能定位，而且在开关柜数量较多时不宜使用；点式弧光传感器主要应用在电缆室与开关室中，它比带式弧光传感器定位度更高，操作简便，但是由于呈点状，所以在使用时需要将传感器都连接起来使用，如果在开关柜内操作，就具有一定难度。在使用弧光传感器时，需要考虑开关柜的绝缘性以及现场情况，可以使用塑料光纤作为传播介质，能够起到采集光信号、过滤光源的作用，这一系列的转换行为都在采集器中完成，有的也可以在传感器内部完成；在弧光传感器内部，存在主控单元，主控单元主要处理和分析来自弧光传感器的信息与数据，并根据这些信息快速判断跳闸信号，并切除故障，根据传感器的位置信息，主控单元可以判断出故障点的位置，找准定位，除了主控单元以外，还包括扩展单元，扩展单元是为了检测出别的系统位置，还能够扩展传感器的数量，另外，它还具有采集信息模块，检测母线电流的功能。保护装置中的连接方式主要为光纤连接、电缆连接，主控单元与电流之间采用电缆连接，而弧光扩展单元与主控单元之间采用光纤连接。而下属的各单元之间分别可以采用联合的方式连接，光纤与电缆混合连接，采用这样的模块式连接，弧光保护装置可以用于不同的电力系统，既可以形成只有一个主单元的保护装置，也可以形成多个单元组成的复杂系统。
2关键技术
就目前国内广东省使用的弧光传感器中，有的为有源光传感器，有的为无源光传感器，有源光传感器能够在柜中就实现光电转换，通过电缆对信号进行传输，传输的信号主要为弱信号，而且信号易受到周围环境的影响，尤其是电磁的干扰，稳定性减弱；而无源光传感器的监控范围较小，且监控效果差异较明显，存在一些监控不到的区域。以广东某种无源光传感器为例，它是一种基于工频量变化的信号判断依据，使用这种传感器，不仅能够提升电弧光的检测依据，还能够减轻外部环境对其的影响，在重负荷状态下也能达到较高的灵敏度，当电流量变化过大时，电信号能够准确判断出数值，电信号与光信号一同组成电弧保护动作。该种技术中的电弧光保护区域中所使用的是计算机编程技术，系统配置且灵活，人员能
够清楚看到表现出来的信息，通过按点表现出来的保护区域，在各区域中都设立有监控点，并且设立跳闸出口，这样可以使保护操作具有灵，能够根据现场跳闸的情况迅速做出反应，缩小故障范围，该种配置方式可应用于不同的接线方法，该种配置方式还具有弧光演变记录功能，能够连续记录64个波段，尤其是二进制数据信息，即使是弧光传感器的光强信号，也能够及时记录下来，有助于分析事故位置及其原因，判断弧光的运动过程。
3弧光保护装置应用
3.1弧光保护系统
弧光保护系统是目前国内发展较为成熟的弧光保护装置，这种系统主要是应用紫外线技术将速度较快的跳闸问题控制在4秒钟以内，这样可以在这时间内及时作出反应，从而起到保护开关柜、母线以及各设备的作用，在柜中配有专门的母线室，母线上的隔离柜与PT柜都属于母线系统，母线上的间隔中装有弧光传感器，电流可以直接通过扩展器进入主控单元，母线先按照各个区域划分，它配置的探头再直接深入主控单元，如果发生的故障处于母线保护的范围之内，那么在其中的弧光传感器检测到这个故障，通过弧光动作表现出来，则主控单元就可以根据电流判断出逻辑速跳低压侧开关，弧光传感器与主控单元之间具有联系，通过光纤来实现通信的，主控单元先根据不同的运作方式将一些变现异常的电流状态传输给弧光继电器；如果故障发生在继电保护开关的范围之外，那么就需要弧光传感器直接产生作用，发生弧光，跳本开关，当开关发生跳闸时，弧光继电器发送故障状态信号给主控单元；但是故障如果发生在断路器的上方，那么弧光传感器动作后，不能直接切断故障，当主控单元收到弧光传感器发出的信号后，零序电流又是满足的情况，主控单元就可以根据逻辑实现低压侧开关跳闸，从而发挥保护作用。
3.2弧光保护系统的特点

7结语
总之，弧光保护装置可用于中低压电力系统中，在母线中装设电弧光保护装置尤其重要，因为它可以迅速找准故障定位，切除故障，从而起到保护母线的作用，维护电力系统的安全稳定运行。

参考文献：
[1]杨晓芬.弧光保护装置的应用．
[2] 晋建厂.弧光保护装置在船舶电力系统中的应用探讨[J].电器与能效管理技术,2015(6):34-36.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5（版）.

作者简介：
程瑜，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究中低压综合保护及绝缘监测系统。

审核编辑 黄宇