浅析电弧光保护系统在母线保护中的应用

程瑜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：中低压系统一直未装设母线保护，但运行情况表明，中低压母线故障会严重影响到变压器及母线开关设备的安全运行。因此，中低压母线保护需要得到足够的重视，找到一种快速的保护装置是当前一项迫切的任务。电弧光保护系统就是在这种情况下应运而生，该装置已在电力系统中得到了的应用。

0引言

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，容易受小动物危害，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日期:2008-01-16较大延时的后备保护来切除母线上的故障，往往使故障发展、扩大，从而造成巨大的经济损失。

近年来，由于各种原因开关设备被严重烧毁，并导致相关设备一并损坏的事故时有发生。而主变压器由于遭受外部短路电流冲击损坏的事故也逐年增加这些配网事故处理不当会被扩大发展为输电网事故造成重大的经济损失，已引起电力部门的广泛关注究其原因大多是因为没有装设中低压母线保护，未能快速切除故障造成的。所以，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，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。

1开关柜电弧耐受时间

IEC298标准规定，开关柜可以承受的电弧燃烧时间为100ms。从保护开关柜方面考虑，保护动作应在小于100mms的时间内切除故障，以防止驱光短路故障进一步发展扩大造成更大的危害。表1为各种电弧燃烧时间下进行试验得出的结论。

2弧光短路故障的防护措施

消性防护措施

采用这种措施的目的是限制故障电弧产生的各种效应，如加强开关柜的结构，密封隔离各单元室、设置释放板和泄压通道等。采用这种措施在一定程度上能减少损坏程度;另一方面，如果要采用通过加强结构的方式来较大地提高开关柜的燃弧耐受时间的话则需要增加很大的设备费用。表2为国外对增加开关柜内部燃弧耐受时间和相应增加成本进行评估的结果。

积性防护措施

采用高速中压母线保护切除故障以限制故障电弧的持续时间，从根本上限制故障电弧，其各种效应对设备和人员的危害。如果中低压母线保护能在开关柜耐受燃弧时间以内切除故障的话，将大限度地限制弧光故障对开关设备的损坏;从另一方面看限制开关设备的损坏，即阻断了故障发展的可能性从而可避免主变压器长时间遭受短路电流的冲击而损坏。这也是目前迫切需要的的限制因弧光短路故障损坏开关设备及变压器的防护措施。

3现有的中压母线保护

目前普遍采用的中压母线保护方案包括:变压器后备过流保护方案、馈线过流保护闭锁变压器过流保护方案、采用环流原理的高阻抗母线保护方案。

(1）变压器后备过流保护方案。

这是目前国内应用广泛的中压母线保护方案由于考虑到与馈线和母线分段开关的配合，保护跳闸时间一般整定为1.0~1.4s，有的甚至更长，达2.0s以上。这一动作速度远远不能满足快速切除中压母线故障的要求。

（2）馈线过流保护闭锁变压器过流保护方案。

近年来，微机过流保护在中压馈线广泛应用，国外提出利用馈线过流元件闭领受压器过流保护的方案，该方案与变压器后备过流保护方案相比其动作速度有了一定的提高，典型动作时间为300-400ms。但对于要求100ms以内切除故障仍不能满足要求。

采用环流原理的高阻抗母线保护方案。

国外某些重要工程曾采用中压母线保护方案保护动作时间一般为35-60ms。这种方案接线复杂对TA的要求高，安装在6/35KV母线上有根多困难也很不经济。此外，由于其保护范围受到TA安装位置的限制，不能避免发生故障几事较高的电缆接头处的故障，并且也不能提供故障定位。因此也不适合中压母线保护应用。

从实际应用情况来看，现有的保护方案是显然不能满足快速切除母线故障的要求。因此，迫切需要采川一种新型中低压母线保护系统，以解决目前运行中由于中低压母线发生故障几事较高、延迟切除故障导致故陈发展、扩大，从而造成巨大经济损失的问题。

4新型电光保护系统构成

新型电弧光保护系统由以下几个部分构成:主控单元、电流单元、强光单元、弧光传感器《探头)、数据线和光纤。系统的基本原理是:通过测量开关柜中的弧光弧光传感器可以连接到主控单元或者强光单元，电流单元则用于传输电流信号。在弧光传感器检测到弧光信号的同时，若电流单元检测到了过流信号，则被判为产生了电弧光故障。一旦检测到电弧光故障，保护系统会在1rns内发出跳指今，达到护的目的。

(1）主控单元

主控单元是电弧光保护系统的核心部件，作用是管理、控制整个系统。主控单元有4个数据传输接口每个接口可连接6个弧光或电流单元，输出接口包括4路快速跳闸输出和6路常规电跳闹输出20个光检测光纤接口，用于连接强光传感器。通过主控单元中的现实，可以准确判断电驱光产生的位置。

一个主控单元能同时保护几个*的开关柜，因此，电弧光保护系统的弧光单元和电流单元可以分微到不同的开关柜内，把检测到的弧光或电流信号传送到主控单元，主控单元收集到这些必要的数据，根据实际情况输出跳闸信号到断路器

(2）弧光单元。

弧光单元用于检测弧光，具有10个光检测光纤接口，用于连接弧光传感器。驱光单元面板上的电位计用来调整感光的强度，校准好后，把信息传递到下.个电流或领光单元，或者传到主控单元。通过弧光单元，保护系统始终能准确地识别超过整定的光感定值的弧光传感器所在地。

(3）电流单元。

电流单元检测电流信号，井将信号转换为光信号传送至主控单元。电流单元可匹配1A2A的电流互感器，电流的整定可以从面板上的电位计来调节。电流单元检测到的电流数据通过光纤或数线传送到主控单元，主控单元依据设定的逐辑判据决定是否输出用信号。

(4）弧光传传感。

弧光传感器安装在开关柜内，是探测狐光的光感应元件。发生电领光故障时，光的强度会大幅度增加，狐光传感器内的感光元件就会把光信号转换为电信号传给驱光单元或者主控单元。电领光保护系烧的感光范围灵敏度可在弧光单元和主控单元进行测整。

封闭式母线系统中，在每个开关柜装设一个驱光传感器。在开故式母线系统中，强光传感器的间隔约为5-6m。

(5）数线和光纤。

在主控单元和驱光单元或电造单元间的数据传送是靠光纤和数据传输线来完成的。光纤传输触发信号至主控单元，工作电源，报警信号，自控数据信息流的传送则通过数据传输线来完成。

5电光保护系统应用情况

这种新型电强光保护系统是一种原理简单，动作快速可靠、保护覆盖范围广、安装维护方便的装置，目前已有超过数百套该型电弧光保护系统在400V-20kV中低压开关柜中投运，用户遍及发电厂、变电站以及工业商业用户等领域。产品运行情况及用户反馈意见表明，该种电强光保护系统赖定可靠，能可靠地显示故障位置、发出跳闸指令。

6安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明

ARB5-弧光主控单元

技术参数代码	代码说明
弧光主控板数
0	0块主控板，可接0块采集板信号
1	1块主控板，可接6块采集板信号
2	2块主控板，可接12块采集板信号
3	3块主控板，可接18块采集板信号
4	4块主控板，可接24块采集板信号
弧光采集板数
0	0块采集板，可直接采集0个弧光探头信号
1	1块采集板，可直接采集5个弧光探头信号
2	2块采集板，可直接采集10个弧光探头信号
3	3块采集板，可直接采集15个弧光探头信号
4	4块采集板，可直接采集20个弧光探头信号
电流输入
1	1A
5
电源
1	装置电源为DC110V，开入电源DC110V
2	装置电源为DC220V，开入电源DC220V
3	装置电源为AC110V，开入电源DC24V（装置自带）
4	装置电源为AC220V，开入电源DC24V（装置自带）
电源
0	不需要
1	支持MMS
2	支持MMS，GOOSE

（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超过20米。

（4）如有特殊要求，请特别注明。

7安科瑞ARB5-M弧光保护产品功能和技术参数

型号	主要功能	技术参数
ARB5-M弧光保护主控单元	8组弧光保护	可选配4块采集板，1块采集板可采集5路探头，共支持20路弧光探头直接采集。 亦可选配4块主控板（即可接入4台ARB5-E扩展单元）1块主控板可接收6块采集板的探头，共支持120路弧光探头采集。
	4组失灵保护
	4组电流回路TA监测
	4组三相电流采集
	11路可编程跳闸出口
	非电量保护
	装置故障告警
	2路RS485
	2路以太网
	1路打印接口
	1路IRIG-B码对时接口
	支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103
	支持GOOSE输入输出（选配）
ARB5-E弧光保护扩展单元	弧光信号采集	可选配6块采集板，1块采集板可采集5路探头，共支持30路弧光探头直接采集。
	模拟状态传输
	需要配合ARB5-M主控单元使用
ARB5-S弧光探头	弧光信号监测	点式弧光传感器，可安装于 母线室、电缆室或断路器室。
现场调试及工程服务费		视项目情况核价

8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。

9结束语

随着现代微机和光电子技术的发展，各种新型母线保护原理和装置不断出现，为实现中低压母线保护提供了各种解决方案。电强光保护作为一种针对中压开关柜故障特性开发的母线保护系统，具有原拜简单、动作可靠迅、对变电站一次设备无特球要求通应于各种运行方式、且在各种运行方式下不需要保护切换等优点，为用户提供了一个理想的中低压母线保护解决方案。

审核编辑：汤梓红