中低壓母線的快速保護

時間:2010-06-07 11:22 來源:未知

1.裝設電弧光保護的必要性

　　電弧保護在國外已有近二十年的曆史，第一套保護裝置在1995年就已經投運，中國以前的進口機組在引進時由國外成套配有電弧光保護（如國華天津盤山電廠），國產機組2000年第一套裝置開始運行，為保護設備的安全運行起到了重要作用。電弧光的發生是多方麵的，引起的後果也是非常嚴重。開關設備內電弧光產生的人為原因有：誤入帶電間隔；隔離開關誤操作；忘記在工作區接地；忘記測量工作區內的電壓。

　　開關設備內電弧光產生的技術原因有：設備故障和帶電設備的誤操作；設備正常檢修後，遺漏工具在開關設備內；錯誤的接線和母線連接；絕緣老化和機械磨損、過電壓、小動物（尤其是老鼠）、灰塵、溫度、濕度、腐蝕、等環境因素。

　　開關設備運行中電弧光產生的技術原因有：開關櫃在運行中發生的大量電弧光故障事故，多是由於環境條件的影響，使絕緣材料受潮，設備絕緣表麵產生凝露和附著汙穢，因而設備絕緣水平下降造成事故

2.電弧光的危害

　　開關設備電纜間隔發生故障產生的電弧使開關設備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時切除，將造成以下幾個方麵的重大損害：

①電弧溫度相當太陽溫度的2倍，大約為10000℃，由於過熱將導致銅排、鋁排熔毀，氣化；

②電纜熔毀，電纜包覆層的著火；

③過熱導致壓力上升，使開關設備爆炸；

④開關設備強烈振動，使固定元件鬆脫；

⑤高溫燒灼皮膚，強光刺傷眼睛；

⑥產生大量的有害氣體，傷害呼吸係統；

⑦爆破音震損耳膜、肺髒；

⑧碎片飛射，造成人員傷害，甚至死亡。

　　電弧故障的危害程度取決於電弧電流及切除時間，電弧產生的能量與I2t成指數規律快速上升。隻有總切除時間小於85ms，才能使設備不遭受損害，總切除時間大於100ms，將會對設備造成不同程度的損害。

3.電弧光故障實例

　　1982年8月，北京供電局大郊亭變電所，由於連續下雨，導致配電室電纜溝進水，開關櫃絕緣受潮，造成開關櫃相間弧光故障，燒毀開關櫃1台，燒損8台，燒毀電流互感器4隻，支柱絕緣子40多支，隔離開關7組，致使全部連續停電數天。

　　1986年2～10月，湖南金竹山電廠連續六次發生廠用電6kV開關櫃內電弧光故障起火，燒毀、燒損開關櫃9台、支柱絕緣子近百個，其他設備數十件、造成機組甩負荷，機爐停運。

　　1985年天津變電所合閘送電時，開關櫃發生弧光故障，引起避雷器爆炸、配電室起火，燒毀開關櫃8台。

　　1986年唐山某變電所開關櫃運行中誤操作，絕緣隔板燒焦起火。

　　1987年6～7月河南焦作東郊變電所，分別發生兩起由於開關觸頭絕緣板放電，燒毀斷路器，以及開關櫃母線支柱絕緣子閃絡、炸裂，造成三相短路的事故。

　　2001年2月13日9：35分，上海華陽橋大江肉食品廠高壓配電室4#櫃，A相支持白料絕緣擊穿而爆裂，相鄰B相母排上有明顯放電、被灼傷痕跡。

　　2000年11月4日，安徽省某化肥廠合成氨車間碳化工段發生了一起維修人員被電弧灼傷的事故。

4.目前用於中、低壓母線的保護及其局限性

　　目前在中、低壓母線係統中常用的保護有以下三種：

①變壓器後備過流保護（典型的保護動作時間為1.2s～1.4s）

②采用饋線速斷保護閉鎖的變壓器後備過流保護(典型的保護動作時間為300ms～400ms)

③高阻抗保護(典型的保護動作時間為35ms～60ms)

①和②兩種保護對總切除時間小於100ms的要求來講，時間太長；而③保護的保護範圍受CT安裝位置的限製，且價格昂貴。電弧光保護提供了15ms的跳閘輸出，所以總切除時間為80ms～100ms,且在開關設備外觀上無明顯損壞。表1為電弧光保護與過流保護的時間對照。

表1電弧光保護與過流保護的時間對照

電弧光保護
一般過流保護

測量
1ms
20ms

計算
不需要
2ms

自我檢測
隨時
2ms

輸出接點
4～6ms
6～10ms

其它
不需要
10ms

總和
5～7ms
40～44ms

5.電弧光保護原理

　　電弧光保護主要動作依據為故障產生的兩個不同因素：弧光及電流增量。當同時檢測到弧光和電流增量時發出跳閘命令。電弧光保護由三部分組成：電弧光保護主單元、電弧光保護輔助單元和弧光傳感器。弧光傳感器可放置在開關設備的任何位置，根據弧光傳感器的實際物理位置可實現保護分區的功能，並在電弧光保護主單元上顯示故障發生的位置，此功能可減少斷電的處理時間，使快速恢複供電成為可能。

　　在變電站發生單相接地故障，並發展成兩相對地故障：由於安裝了電弧光保護作為母線保護，所以在85ms內切除故障，開關設備從外觀上無明顯損壞。通過弧光傳感器地址很快確定故障點，找到發生故障的電纜，僅提供簡單的修理，便在很短時間內恢複供電。

　　如果不使用電弧光保護作為母線保護，而是使用傳統的過流和零序過流保護，切除時間在300ms～1.2s之間，由於切除時間過長，造成了斷路器的重大損害和全部母線室內母線的熔毀，在24小時內難以恢複供電，使大量的工廠停電，無法生產，造成大量的經濟損失。

6.電弧光保護的特點及係統構成

　　電弧光保護係統通過檢測開關櫃內部發生故障時產生弧光這一特點，結合過流閉鎖這一原理，動作快速可靠、係統配置簡單、適應性強，是目前較理想的母線保護解決方案，其特點如下。

①原理簡單：通過檢測電弧光，結合過流閉鎖，結構簡單；

②動作迅速可靠：通過檢測電弧光信號，整套母線的保護動作時間可達5～7ms；采用檢測弧光信號和過流閉鎖的雙判據原理，可實現保護的可靠動作；整套係統連續自檢，充分保證整套係統工作的安全性和可靠性。

③故障點定位：控製部分可顯示弧光發生點位置，方便快速處理故障、恢複供電。

④斷路器失靈保護：在主斷路器拒動時發出跳閘指令跳上一級斷路器，提高保護係統的安全性。

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