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淺析6kV廠用電系統(tǒng)中電弧光保護(hù)的應(yīng)用方案

更新時(shí)間:2023-10-17 點(diǎn)擊次數(shù): 372次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:闡述弧光短路在配電網(wǎng)中的危害性,介紹弧光短路的發(fā)生機(jī)理及主要影響因素,指

出電弧光保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)、構(gòu)成、作用以及電弧光保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用情況。應(yīng)用結(jié)果表明:電弧光保護(hù)裝置運(yùn)行可靠,模擬試驗(yàn)動(dòng)作正確。

關(guān)鍵詞:弧光短路;電孤光保護(hù);廠用電系統(tǒng)

0前言

大家都知道,弧光短路是配電網(wǎng)中嚴(yán)重的故障。尤其是發(fā)生在中、低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部時(shí),由于電弧電阻原因,短路電流往往無(wú)法達(dá)到過(guò)流速斷整定值,因而不能動(dòng)作決速切斷故障,電弧持續(xù)燃燒釋放巨大,將造成開(kāi)關(guān)柜被嚴(yán)重?zé)龤У臑?zāi)難性后果。開(kāi)關(guān)柜的弧光短路故障,往往由于未得到及時(shí),將發(fā)展為母線故障,其危害是非常嚴(yán)重的,可能造成發(fā)電廠廠用電瓦解、重要用戶(hù)停電,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致多組開(kāi)關(guān)柜同時(shí)燒毀的“火燒連營(yíng)"事故等。近年來(lái),因母線故障造成巨大短路電流沖擊導(dǎo)致變壓器損壞也不少見(jiàn),造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。

1弧光短路發(fā)生的機(jī)理及影響

1.1弧光放電發(fā)生的機(jī)理

當(dāng)兩電間電壓升高時(shí),電近處空氣中的正負(fù)離子被電場(chǎng)加速,并在移動(dòng)過(guò)程中與其他空氣分子碰撞產(chǎn)生新的離子,這種離子大量增加的現(xiàn)象稱(chēng)為電離。當(dāng)空氣被電離時(shí),溫度隨之急劇上升產(chǎn)生電弧,這種放電稱(chēng)為弧光放電。弧光放電一般不需要很高的電壓,屬于低電壓大電流放電。

1.2中低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)發(fā)生弧光短路的主要因素

(1)使用了性能不良的導(dǎo)電體。

(2)絕緣損壞(包括老化、受潮、裂痕等)。

(3)人體或其他物品意外接觸到帶電部位。

(4)操作過(guò)程中的失誤或者設(shè)計(jì)、安裝錯(cuò)誤。

(5)元件損壞,沒(méi)有良好的維修和保養(yǎng)設(shè)備。

(6)過(guò)電壓。

(7)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變(系統(tǒng)容量、電纜應(yīng)用增多)。

1.3不同燃弧時(shí)間與設(shè)備損壞程度的關(guān)系

根據(jù)搜集到的國(guó)外資料,不同燃弧時(shí)問(wèn)對(duì)設(shè)備

造成的損壞程度如下:

(1)35ms:沒(méi)有顯著的損壞,一般可在檢驗(yàn)絕緣電阻合格后投入使用;

(2)1001TIS:損壞較小,在開(kāi)關(guān)柜再次投入運(yùn)行前需要進(jìn)行清潔或小修;

(3)500Iris:設(shè)備損壞很?chē)?yán)重,現(xiàn)場(chǎng)人員也受到嚴(yán)重傷害,更換部分設(shè)備才可再投入運(yùn)行。

因此,切斷弧光短路故障的時(shí)間非常關(guān)鍵,只有速度更快的保護(hù)系統(tǒng)才能提供更的保護(hù),在弧光短路故障時(shí)保護(hù)人和設(shè)備的安全。

2電弧光保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展及作用

2.1電弧光保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展

近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)電力工業(yè)的高速發(fā)展,中、低壓開(kāi)關(guān)柜的應(yīng)用數(shù)量越來(lái)越多,因開(kāi)關(guān)柜弧光短路故障而引發(fā)的中、低壓母線故障日益增多。鑒于用戶(hù)對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高,國(guó)內(nèi)專(zhuān)家一直強(qiáng)調(diào)裝設(shè)專(zhuān)用中、低壓母線保護(hù)的重要性,用戶(hù)也希望能提供一種造價(jià)較低、原理簡(jiǎn)單、適用于6—35kV的母線保護(hù),以大限度地減少母線故障

對(duì)設(shè)備及人員的危害,提高供電可靠性。在這種背景下,電弧光保護(hù)系統(tǒng)在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

2.2電弧光保護(hù)的作用

(1)保護(hù)附近工作人員免受電弧短路故障造成的傷害。

(2)保護(hù)中、低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備免受?chē)?yán)重?fù)p壞,防止火災(zāi)事故的發(fā)生。

(3)保護(hù)昂貴的主變壓器或廠用變壓器免受短路電流沖擊而損壞。

(4)防止波及站用直流系統(tǒng),避免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

(5)大限度地減少用戶(hù)的停電時(shí)間,將用戶(hù)的停電恢復(fù)時(shí)問(wèn)由原來(lái)的2天至3個(gè)星期減少到幾個(gè)小時(shí)。

(6)延長(zhǎng)現(xiàn)有開(kāi)關(guān)設(shè)備的使用壽命,推遲更換開(kāi)關(guān)設(shè)備的時(shí)間。

3電弧光保護(hù)系統(tǒng)及其實(shí)際應(yīng)用

某廠6kV開(kāi)關(guān)柜采用ARB5光電式電弧光保護(hù)系統(tǒng),其工作原理是:采用電弧光傳感器監(jiān)測(cè)電弧光信號(hào),配合過(guò)流判斷故障,其可控硅出口小于lms,快速繼電器出口小于8ms以及斷路器3560ms的跳閘時(shí)間,從而保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備。

3.1電弧光保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)采用電弧光及過(guò)流雙判據(jù)原理。

(2)連續(xù)的自我檢測(cè)。

(3)采用光纖傳輸跳閘指令,可控硅高速出口和快速繼電器出口相結(jié)合,動(dòng)作時(shí)間小于8ms。

(4)主輔元件分離,單系統(tǒng)可以保護(hù)256個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(5)輸入輸出均可編程,配置靈活,適合任何復(fù)雜工況。

(6)顯示故障位置,便于故障處理,大地提高了供電恢復(fù)速度。

3.2電弧光保護(hù)系統(tǒng)的組成

電弧光保護(hù)系統(tǒng)由1個(gè)電弧光主控單元、1個(gè)電源模塊、2個(gè)電流輔助單元、1個(gè)弧光單元和若干電弧光傳感器(按間隔量配置)組成。

將電弧光傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜母線室內(nèi),確保母線室內(nèi)發(fā)生弧光短路故障時(shí)能探測(cè)到弧光。信號(hào)通過(guò)光纖和數(shù)據(jù)線傳輸?shù)街骺貑卧?,主控單元依?jù)設(shè)定邏輯,判斷是否發(fā)出跳閘指令?;」鈫卧惭b在某個(gè)選定的開(kāi)關(guān)柜中,選擇原則是保證該單元與主控單元和各個(gè)開(kāi)關(guān)柜里裝設(shè)的電弧光傳感器的連接線距離較短。

3.3電弧光保護(hù)的邏輯

(1)6kV段任一開(kāi)關(guān)柜的母線室產(chǎn)生弧光(現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用手電筒光源模擬),主控單元都能發(fā)出光報(bào)警(綠燈變紅燈閃爍),并能顯示相應(yīng)正確的地址,但不發(fā)送跳閘信號(hào)。

(2)6kV段工作電源進(jìn)線柜或備用電源進(jìn)線柜三相電流中的任何一相出現(xiàn)過(guò)流情況(現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用繼電保護(hù)測(cè)試儀給電流的方式模擬),主控單元都能發(fā)出過(guò)流報(bào)警(綠燈變紅燈閃爍),并能顯示相應(yīng)正確的地址,但不發(fā)送跳閘信號(hào)。

(3)6kV段任一開(kāi)關(guān)柜的母線室產(chǎn)生弧光,同時(shí)工作電源進(jìn)線柜或備用電源進(jìn)線柜三相電流中的任一相出現(xiàn)過(guò)流情況(試驗(yàn)?zāi)M方法同上),主控單元都能發(fā)出光報(bào)警和過(guò)流報(bào)警,并能顯示相應(yīng)正確的地址,同時(shí)送出相應(yīng)的跳閘信號(hào)。

(4)工作電源進(jìn)線柜任何一相給過(guò)流信號(hào)并同時(shí)在任一個(gè)弧光通道給弧光信號(hào)時(shí),主控單元發(fā)跳閘信號(hào)給工作電源進(jìn)線柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。

(5)備用電源進(jìn)線柜任何一相給過(guò)流信號(hào)并同時(shí)在任一個(gè)弧光通道給弧光信號(hào)時(shí),主控單元發(fā)跳閘信號(hào)給備用電源進(jìn)線柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。

4安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說(shuō)明

ARB5-弧光主控單元

技術(shù)參數(shù)代碼

代碼說(shuō)明

弧光主控板數(shù)

0

0塊主控板,可接0塊采集板信號(hào)

1

1塊主控板,可接6塊采集板信號(hào)

2

2塊主控板,可接12塊采集板信號(hào)

3

3塊主控板,可接18塊采集板信號(hào)

4

4塊主控板,可接24塊采集板信號(hào)

弧光采集板數(shù)

0

0塊采集板,可直接采集0個(gè)弧光探頭信號(hào)

1

1塊采集板,可直接采集5個(gè)弧光探頭信號(hào)

2

2塊采集板,可直接采集10個(gè)弧光探頭信號(hào)

3

3塊采集板,可直接采集15個(gè)弧光探頭信號(hào)

4

4塊采集板,可直接采集20個(gè)弧光探頭信號(hào)

電流輸入

1

1A

5


電源

1

裝置電源為DC110V,開(kāi)入電源DC110V

2

裝置電源為DC220V,開(kāi)入電源DC220V

3

裝置電源為AC110V,開(kāi)入電源DC24V(裝置自帶)

4

裝置電源為AC220V,開(kāi)入電源DC24V(裝置自帶)

電源

0

不需要

1

支持MMS

2

支持MMS,GOOSE

(1)*表示可選附件,需要另外增加費(fèi)用1500元。

(2)主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。

(3)弧光探頭到采集板的長(zhǎng)度不能超過(guò)20米。

(4)如有特殊要求,請(qǐng)?zhí)貏e注明。

5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

型號(hào)

主要功能

技術(shù)參數(shù)

momARB5-M弧光保護(hù)主控單元

8組弧光保護(hù)

可選配4塊采集板,1塊采集板可采集5路探頭,共支持20路弧光探頭直接采集。

亦可選配4塊主控板(即可接入4臺(tái)ARB5-E擴(kuò)展單元)1塊主控板可接收6塊采集板的探頭,共支持120路弧光探頭采集。

4組失靈保護(hù)

4組電流回路TA監(jiān)測(cè)

4組三相電流采集

11路可編程跳閘出口

非電量保護(hù)

裝置故障告警

2路RS485

2路以太網(wǎng)

1路打印接口

1路IRIG-B碼對(duì)時(shí)接口

支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103

支持GOOSE輸入輸出(選配)

momARB5-E弧光保護(hù)擴(kuò)展單元

弧光信號(hào)采集

可選配6塊采集板,1塊采集板可采集5路探頭,共支持30路弧光探頭直接采集。

模擬狀態(tài)傳輸

需要配合ARB5-M主控單元使用

ARB5-S弧光探頭

弧光信號(hào)監(jiān)測(cè)

點(diǎn)式弧光傳感器,可安裝于

母線室、電纜室或斷路器室。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及工程服務(wù)費(fèi)


視項(xiàng)目情況核價(jià)

6安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

9d14e7416055a26f2e7f9e596baff90

7結(jié)束語(yǔ)

該廠機(jī)組6kV廠用電系統(tǒng)共有4段母線,每段母線均配有該電弧光保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)2010年投入運(yùn)行以來(lái),其6kV廠用電系統(tǒng)未發(fā)生過(guò)電弧光短路事故;但從機(jī)組大修時(shí)的檢測(cè)報(bào)告來(lái)看,電弧光保護(hù)裝置均能正確動(dòng)作。目前,該廠已將電弧光傳感器的檢查以及整套裝置的試驗(yàn)列為大修中停母線檢修的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目,以確保裝置能夠正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn):

[1]許震,丁鑫.電弧光保護(hù)及其在6KV廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5(版).

作者簡(jiǎn)介:

劉細(xì)鳳,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究中低壓綜合保護(hù)及絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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