電弧光保護在中低壓母線系統(tǒng)中的應用方案
安科瑞電氣股份有限公司
王鑫杰17321398360
摘要：近年來，中低壓開關柜在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應用，中低壓開關柜體積小、可標準
化生產。從而占據了電力市場的重要份額。而中低壓開關柜體積較小、設備間距偏小，柜體
內的弧光短路故障時有發(fā)生，造成開關設備被嚴重燒毀的事故屢屢發(fā)生。本文分析了弧光短
路的特性，現有保護方案存在的問題，介紹了一種新型中低壓母線電弧光保護系統(tǒng)，強調了
配置該型系統(tǒng)的必要性。
關鍵詞：中低壓母線；電弧光保護系統(tǒng)；應用；
1概述
在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級的母線一般不考慮穩(wěn)定問題，因此一般未
裝設單獨的母線保護。南于中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導體線間距
離與大地的距離比較近，容易受小動物危害等原因，中低壓母線的故障幾率比高
壓、壓母線高得多。由于人們對中低壓母線保護不夠重視，多采用帶有較大延時
的后備保護來切除母線上的故障，往往造成事故的發(fā)展和擴大，造成了巨大的經
濟損失。究其原因大多是因為沒有裝設單獨設置的中低壓母線保護，未能快速切
除故障造成的。在設備的使用過程中母線上的操作比較頻繁，設備絕緣老化、機
械磨損是必然現象，運行條件發(fā)生改變以及人為操作錯誤，會導致母線故障率升
高，對變電站的運行存在安全隱患。
2電弧光短路特性分析
2.1故障電弧產生的原因
發(fā)生在開關柜內部的弧光短路故障，究其原因可歸納為兩類，一類是設備原因，
另一類是人為原因。將這些原因做具體分析，得到以下5種情況：
(1)設備絕緣故障。目前開關柜內部空間越來越小，造成開關柜中部分絕緣材料
爬距不夠，絕緣強度不足，長期運行容易造成絕緣擊穿放電事故。
(2)載流回路接觸不良。這類因素一般是一次設備的連接部分不牢靠引起的。
(3)外來物體的影響。一般是老鼠等小動物的進入或工作人員工作結束后誤將扳
手物品在開關柜內部。(4)人為誤操作。由于操作人員操作目的不清楚，操作時精神不集中，會造成誤
人其他帶電間隔、誤操作等。
(5)系統(tǒng)的原因。主要有系統(tǒng)容量逐年遞增、系統(tǒng)接地方式變化、電力電纜的廣
泛應用、系統(tǒng)的諧振、繼保設備和安全自動裝置選型、配置不當等因素。
2.2故障電弧的危害
發(fā)生弧光故障時產生的明亮弧光，不但可能引起運行維護人員暫時性失明，巨大
的聲響效應還可能引起人的休克，這些對人體的傷害都是巨大的。一旦燃弧時間
超過了lOOms，其所釋放的便會迅速，而隨著燃燒時間的延長，將陸續(xù)造成開關
柜內的各種電纜、連接銅排和鋼板等材料的燃燒、熔化。如果故障發(fā)生時，恰好
有檢修、運行人員在開關柜周圍工作，特別是開關柜門因為工作需要已經打開的
情況下，則故障電弧產生的巨大將會對工作人員造成巨大的傷害。
3現有中低壓母線保護方案存在的問題
3.1主變中低壓側后備保護方案
此方案需考慮母線上的出線與母分開關的配合問題，因此其動作時限一般較長，
通常時間定值取1．0～1．4秒。很明顯，如此長動作時限的保護來隔離故障是
無法滿足快速f生這一繼電保護的基本要求的，很有可能造成事故的發(fā)展擴大，
造成更大的損失。
3.2出線的過流保護方案
此方案利用出線線路保護中的過流保護來實現。當過流保護動作后，跳開出線開
關的同時閉鎖主變相應側的過流保護。這種方案保護動作時限一般整定為300～
1400ms，在這段時間內，造成事故發(fā)展擴大的概率依然較高，所以，此方案仍
然不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的需要。
3.3高阻抗母線差動保護方案
此方案專門裝設一套中低壓母線電流差動保護，保護的動作時間經驗值一般
35,-60ms，如果要加上斷路器固有的分閘時間，從故障開始到故障切除之間的時
間則顯得偏長。同時，此方案對CT 的要求相對較高，保護范圍受cT 安裝位置影
響，舊站改造該型保護工程量較大。
4新型電弧光保護系統(tǒng)
4.1電弧光保護的原理
電弧光保護的原理簡單，其通過安裝于開關柜或電纜溝等地的光感探頭感受到光
的增量變化，同時檢測CT 中二次電流的增量，兩者構成“與”門，從而發(fā)出跳
閘命令。如果偶爾光線信號超過光線設定值或者電流信號超過電流設定值，系統(tǒng)
不會輸出跳閘信號，也不會記憶在跳閘回路中，但可在主控單元上顯示報警信號，
有利于運行人員及時發(fā)現不正常狀態(tài)。
4.2電弧光保護的系統(tǒng)組成(1)主控單元。主控單元猶如人的大腦，負責控制、管理整個系統(tǒng)。它通過接收
電流單元傳來的過流信號和弧光傳感器或弧光單元傳來的弧光信號，并對其進行
分析、判斷，在滿足過流信號與弧光信號的“與”邏輯時，發(fā)出跳閘指令以故障。
(2)電流單元。電流單元用于檢測過電流信號，可分A，B，c 三相分別檢測。其
檢測到的信號通過光纖和數據線傳輸到主控單元，主控單元依據設定的邏輯，判
斷是否發(fā)出跳閘指令。
(3)弧光單元?；」鈫卧渲萌舾蓚€弧光檢測接口，這些接121均為光纖接15，
用于
連接弧光傳感器。弧光單元檢測到弧光信號后，通過光纖盒數據線傳輸到主控單
元，主控單元依據設定的邏輯，判斷是否發(fā)出跳閘指令。
(4)弧光傳感器。母線保護的無源弧光傳感器是探測弧光的光感應原件。當發(fā)生
電弧光故障時，光的強度大幅度增加，弧光傳感器就會把光信號傳送給主控單元
或者弧光單元。
4.3電弧光保護的優(yōu)點
電弧光保護已逐步發(fā)展為現階段中低壓母線系統(tǒng)中較為理想的母線保護。其具有
以下優(yōu)點：
(1)保護原理簡單。通過感受故障點電弧光和采集電源進線電流構成“與”門，
系統(tǒng)的組成也相對簡單。
(2)動作迅速可靠。通過采用快速動作的繼電器，能夠保證發(fā)生故障時在短的時
間內發(fā)出跳閘命令，確保設備外觀不受損壞。
(3)故障點定位功能。根據弧光傳感器的實際安裝位置可以實現分區(qū)保護的功能。
(4)具有較強的抗干擾能力。電弧光保護系統(tǒng)采用無源弧光傳感器探測弧光，各
組成部分采用光纖連接，確保了整個弧光保護系統(tǒng)的可靠性及高強的抗干擾能力。
(5)配置靈活、適應性強。系統(tǒng)使用處理器技術，通過對弧光和過電流動作信號
的靈活編程，可對各段母線提供選擇性保護，適用于不同類型的接線和運行方式。
5安科瑞ARB5-M 弧光保護產品選型說明
ARB5-弧光主控單元
技術參數代碼代碼說明
弧光主控板數
0 0塊主控板，可接0 塊采集板信號
1 1塊主控板，可接6 塊采集板信號2 2塊主控板，可接12塊采集板信號
3 3塊主控板，可接18塊采集板信號
4 4塊主控板，可接24塊采集板信號
弧光采集板數
0 0塊采集板，可直接采集0 個弧光探頭信號
1 1塊采集板，可直接采集5 個弧光探頭信號
2 2塊采集板，可直接采集10個弧光探頭信號
3 3塊采集板，可直接采集15個弧光探頭信號
4 4塊采集板，可直接采集20個弧光探頭信號