摘要：電氣拉弧是電力和工業(yè)企業(yè)經(jīng)常會(huì)發(fā)生的故障，發(fā)生率高，危害性大，甚至造成人身傷亡、設(shè)備損毀，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運(yùn)行工作。文章分析了電弧光產(chǎn)生的原因及危害，介紹了目前現(xiàn)有低壓母線系統(tǒng)中常用的保護(hù)類型及不足，并系統(tǒng)地闡述了中低壓母線電弧光快速保護(hù)的原理及特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：中低壓母線電弧光,電氣拉弧,快速保護(hù)設(shè)計(jì),低壓母線系統(tǒng)

　　一、概述

　　現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展對供電的安全性和可靠性要求越來越高。對于輸電線路、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、和饋線柜等電氣設(shè)備，母線在它們之間的橋梁作用越來越重要。目前在我國電力系統(tǒng)220kV及以上電壓等級的母線上，為滿足電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的要求，一般均裝設(shè)有專門的快速母線保護(hù)裝置，母線故障可以有選擇地快速切除;110kV電壓等級的母線，視其重要性和復(fù)雜程度，選擇性裝設(shè)母線保護(hù);而35kV及以下電壓等級的中低壓母線，無論其饋線多少，復(fù)雜程度如何，一般都不裝設(shè)專門的母線保護(hù)。但是中低壓、配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定直接關(guān)系著電網(wǎng)的安全運(yùn)行，直接影響著工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)，通過對大量工業(yè)事故的分析，完備的中低壓保護(hù)系統(tǒng)是安全生產(chǎn)的有效保證;過去因多方面原因而被忽視的中低壓母線保護(hù)，越來越受到電力行業(yè)的關(guān)注和重視。

　　二、電弧光產(chǎn)生的原因及危害

　　母線絕緣子絕緣老化，斷路器、隔離開關(guān)的機(jī)械磨損和變壓器進(jìn)出線中絕緣套管發(fā)生的閃絡(luò)、運(yùn)行人員誤操作、小動(dòng)物危害、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等因素，導(dǎo)致母線與變壓器、開關(guān)柜等一次重要設(shè)備發(fā)生相間或其他短路故障，故障電流在釋放過程中演變成具有巨大能量的電弧光。

　　電弧光的能量巨大，可嚴(yán)重?zé)龘p開關(guān)設(shè)備，引起火災(zāi)，造成長時(shí)間、大面積的停電;除了經(jīng)濟(jì)上的損失，還會(huì)造成人員傷亡。表1中列舉了一些電弧光對設(shè)備及人員的危害：

　　三、選用中低壓母線保護(hù)的必要性

　　通過表1可以明顯看出短路故障時(shí)產(chǎn)生的電孤光對人員及設(shè)備造成的危害，所以當(dāng)中低壓母線發(fā)生故障時(shí)，選用適合于母線短路故障的保護(hù)方法，快速切除故障，避免事故發(fā)生，減小經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)引起越來越多運(yùn)行人員的重視，其必要性主要體現(xiàn)有：

　　1.避免發(fā)生短路故障時(shí)產(chǎn)生的電孤光對人員及設(shè)備造成的極大傷害。

　　2.避免電孤光短路事故造成大范圍的停電及恢復(fù)供電時(shí)間延長。

　　3.從經(jīng)濟(jì)角度考慮，由于短路時(shí)所產(chǎn)生的電弧光造成的損失遠(yuǎn)高于中低壓母線保護(hù)裝置的投資。

　　四、現(xiàn)有中低壓母線保護(hù)類型及分析

　　1.變壓器后備過流保護(hù)方案。這是目前我國應(yīng)用最廣泛的中低壓母線保護(hù)方案。由于考慮了與饋線和母線分段開關(guān)的配合，保護(hù)跳閘時(shí)間一般整定為1.0～1.4s，有的甚至更長。這一動(dòng)作速度顯然不能滿足快速切除中低壓母線故障的要求。

　　2.饋線過流保護(hù)閉鎖變壓器過流保護(hù)方案。這是今年來微機(jī)過流保護(hù)在中壓饋線的廣泛應(yīng)用，國外提出的利用饋線過流元件閉鎖變電器過流保護(hù)的應(yīng)用較為廣泛的過流閉鎖式保護(hù)方案。這一方案與變壓器后備過流保護(hù)方案相比，其動(dòng)作速度有了一定提高，典型動(dòng)作時(shí)間為300～400ms，但仍不滿足快速切除故障的要求。

　　3.采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護(hù)方案。該種方案典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為35～60ms，較上述兩種保護(hù)方案動(dòng)作時(shí)間大大縮短，但此方法接線復(fù)雜，對CT要求高，安裝在有很多出現(xiàn)的380V～35kV母線上有很多困難，且經(jīng)濟(jì)性不高;加之由于其保護(hù)范圍由于受到CT安裝位置的限制，其保護(hù)范圍有很大的局限性。

　　上述中低壓母線保護(hù)雖然在保護(hù)跳閘時(shí)間上有了很大的提高，但是從實(shí)際情況看，只有總的切除時(shí)間在85ms以內(nèi)時(shí)，才能避免中低壓母線與電力一次設(shè)備短路時(shí)，電弧光對設(shè)備所造成的傷害。所以，應(yīng)引入專用于中低壓母線保護(hù)方案。

　　五、中低壓母線電弧光快速保護(hù)原理及特點(diǎn)

　　1.中低壓母線電弧光快速保護(hù)原理。中低壓母線電弧光保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作的主要依據(jù)是弧光，過電流。當(dāng)同時(shí)檢測到弧光和電流增量時(shí)系統(tǒng)發(fā)出跳閘命令，快速、可靠地切除母線故障。系統(tǒng)由主單元、輔助擴(kuò)展單元及弧光傳感器組成，原理如圖1、2所示：

　　圖1、2 中低壓母線電弧光快速保護(hù)原理示意圖

　　主單元—包含有過流檢測、弧光檢測，它通過檢測短路電流和來自電弧光傳感器的動(dòng)作信息，并對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷，在滿足跳閘條件時(shí)，發(fā)出跳閘命令以切除故障。此外，主單元可根據(jù)輔助裝置傳送來的弧光傳感器動(dòng)作信息，提供弧光故障點(diǎn)的定位報(bào)警信息。

　　輔助擴(kuò)展單元—包含有電流檢測和跳閘功能。在接收來自主單元的動(dòng)作信息，在滿足跳閘條件時(shí)，發(fā)出跳閘命令，切除故障。另外，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光故障時(shí)，該單元收集來自弧光傳感器的動(dòng)作信息并傳送給主單元，在主單元上顯示輔助擴(kuò)展單元和弧光傳感器的地址編碼，有利于及時(shí)準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，為檢修提供便利條件。

　　弧光傳感器—專用于母線保護(hù)的弧光傳感器安裝在開關(guān)柜的母線室內(nèi)，它作為光感元件，將檢測在發(fā)生短路故障時(shí)產(chǎn)生的電弧光，并將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號傳送給輔助擴(kuò)展單元。

　　2.中低壓母線電弧光快速保護(hù)特點(diǎn)。

　　(1)通過檢測電弧光信號，整套母線的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間只有5～7ms;采用檢測弧光信號、過流雙判據(jù)原理，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)的可靠動(dòng)作;整套系統(tǒng)連續(xù)自檢，充分保證整套系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。

　　(2)控制部分可顯示弧光發(fā)生點(diǎn)位置，方便快速地處理故障、恢復(fù)供電，從而達(dá)到故障點(diǎn)的精確定位。

　　(3)通過交換弧光、過流等信息，可適用于各種運(yùn)行方式，實(shí)用性強(qiáng)，安裝靈活。

　　(4)擴(kuò)展性強(qiáng)，可根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量靈活增減輔助擴(kuò)展單元和弧光傳感器的數(shù)量。今后系統(tǒng)改建或者擴(kuò)容均不會(huì)影響弧光系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　六、弧光保護(hù)產(chǎn)品的重要性

　　現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對供電的安全性和可靠性要求越來越高。對于輸電線路、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器和饋線柜等電氣設(shè)備，母線在它們之間的橋梁作用越來越重要;目前在我國220KV以上電壓等級的母線上，為滿足電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的要求，一般均裝沒有專門的快速母線保護(hù)裝置，母線故障可有選擇地快速切除，110KV電壓等級的母線，視其重要程度和復(fù)雜程度，有些裝設(shè)專門的母線保護(hù)，有的則不裝;而35KV一下電壓等級的中低壓母線，無論其出線條數(shù)多少、復(fù)雜程度如何，一般都不裝設(shè)專門的母線保護(hù)。但是中低壓變、配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定直接關(guān)系著電網(wǎng)的安全運(yùn)行，直接影響著工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)，通過對大量工業(yè)事故的分析，完備的中低壓保護(hù)是安全生產(chǎn)的有效保證;過去因多主面原因而被忽視的中低壓母線保護(hù)，現(xiàn)在越來越受到電力行業(yè)的關(guān)注和重視。鑒于中低母線在配電系統(tǒng)中的重要地位，任何故障的延時(shí)切除，都將嚴(yán)重危及人身和設(shè)備安全，造成巨大的損失，所以對中亞母線的運(yùn)行保護(hù)有充分理由予以重視。

　　同時(shí)，故障電弧具有發(fā)展迅速、不可預(yù)測、破壞力大、極易傳播的特點(diǎn)、電弧中心溫度超過一萬攝氏度，弧光的光強(qiáng)度可以超過正常的照明光強(qiáng)2000倍。因此，對故障電弧光早發(fā)現(xiàn)、早處理成為抑制電弧光發(fā)展的關(guān)鍵，只有最大限度縮短故障切除時(shí)間，才能夠使設(shè)備和人身安全得到最大限度的保護(hù)。下表列出弧光切除時(shí)間對設(shè)備的損害程度：

　　結(jié)束語：

　　電弧光保護(hù)系統(tǒng)改進(jìn)了傳統(tǒng)母線保護(hù)的概念，在保證可靠性的同時(shí)極大的提高故障處理速度，可以有效解決短路故障弧光所造成的危害，減少設(shè)備維護(hù)及人員傷亡，提高電力系統(tǒng)的安全性及經(jīng)濟(jì)效益。

　　在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)有開關(guān)柜被燒毀的現(xiàn)象，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失;更嚴(yán)重的是，每年都會(huì)有多名電力工程師或電工被電弧擊傷，而如何更好地保證人身安全，保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行是至關(guān)重要的。如何快速檢測到事故發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的弧光，通過對弧光判斷分析，快速切除故障，將會(huì)是解決上述問題的最好方法。因此中低壓母線電孤光快速保護(hù)系統(tǒng)必將得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。

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