弧光保護裝置弧光短路引起的停電事故的技術措施

時間：2024-11-13

隨著變配電系統(tǒng)中6kV一35kV中低壓開關柜的廣泛應用，由開關柜內發(fā)生弧光短路故障而引發(fā)的供配電設備損壞事故Et益增多。中低壓開關柜在內部發(fā)生短路故障時，必然出現(xiàn)電弧光的現(xiàn)象，而電弧光是供電設備損壞的能量來源。目前電網內**的變電站數(shù)量*增多，但存在保護不完善的弱點，由于開關柜的弧光短路故障沒有得到及時，發(fā)展為中低壓母線故障，事故范同擴大，弧光短路故障的高溫、高壓、高能通常會燒毀整段母線設備，造成變電站供電區(qū)域大面積停電的嚴重事故，進而造成重大的經濟損失。因此，在6kV～35kV中低壓開關柜內安裝快速、可靠的電弧光保護裝置，檢測并切除開關柜內的弧光短路故障，防止事故擴大，提高供電可靠性是十分有必要的。

1.電弧光短路故障產生的原因及特性、危害

電弧光短路故障是電力系統(tǒng)中比較常見的故障，絕緣損壞、外來物體進入、人為操作失誤、設備老化以及系統(tǒng)方面的原因都可能引起電弧光短路故障。電弧是放電過程中發(fā)生的一種現(xiàn)象，當兩點之間的電壓**過其工頻絕緣強度**就會發(fā)生。當兩點之間的電壓升高時，在電近處空氣中的正負離子被電場加速，在移動過程中與其它空氣分子碰撞產生新的離子，這種離子大量增加的現(xiàn)象稱為“電離”，空氣被電離的同時，溫度隨之急劇上升產生電弧，這種放電稱為弧光放電?；」夥烹娨话悴恍枰芨叩碾妷?，屬于低電壓大電流放電。只要放電點兩端的電壓提供的能量足以補償熱損耗并維持適當?shù)臏囟葪l件，電弧將會持續(xù)發(fā)生如果電弧被拉長和冷卻，電弧會因維持它的必要條件缺，大進而熄滅。

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中低壓殲關柜柜體內形成電弧的過程可分為4個階段。

1)壓縮階段：電弧占據(jù)了整個空氣空間．柜內的空氣被加熱；

2)擴展階段：柜體內壓力增加，在這個階段其壓力達到大值．并因為熱空氣的釋放而開始減弱；

3)**階段：由于電弧能量的持續(xù)釋放．幾乎所有的柜內空氣被壓力擠壓出去；

4)發(fā)熱階段：在驅逐出空氣后，柜內的溫度幾乎達到電弧的溫度，直至熄滅。此時，所有金屬和絕緣體在受到產生的氣體、炯霧和溶蝕物質顆粒的侵蝕后融為一體。

發(fā)生電弧的故障點局部高溫達2000℃一3000℃，可輕易引燃周邊可燃物質，不僅可能燒毀開關設備、導線、電纜，較甚者可能引起惡性電氣短路，引發(fā)火災。在有人值守運行的場所，電弧光還可能會對運行人員產生強光、、輻射、有毒氣體等人身傷害。

2.電弧光保護的應用

2.1弧光保護原理

電弧光保護主要是通過對檢測弧光與故障電流，將總故障切除時間控制在開關柜可承受的燃弧時間內，將弧光短路的危害降到低。電弧光保護系統(tǒng)測量的光和電擁有完全不同的物理性質的參數(shù)，系統(tǒng)利用光與電相與的判據(jù)原理，當個判據(jù)均滿足動作要求時，發(fā)出跳閘命令動作于斷路器跳閘(如圖2所示)。目前的電弧光保護響應速度，從電弧光到繼電器跳閘輸出僅需要5ms～7ms的時間。

2.2 電弧光保護在油田電網的應用

國外在20世紀90年代初開始將弧光保護用于中低壓開關柜內部故障保護，目前電弧光保護在歐美國家得到廣泛的應用。中國于2000年后開始使用進口母線電弧保護，2010年后國產自主知識產權的產品也已投入市場。

目前在新疆油田電網實際建設運行中．對供電可靠性要求較高、停電后會產生較為嚴重損失的變電站(如新疆油田公司數(shù)據(jù)中~35kV變電站、克拉瑪依石化公司1#llOkV變電站)內的6kV～35kV開關柜均安裝了電弧光保護裝置。項目中采用了電弧光保護裝置(如圖3所示)，在變電站內每段10kV高壓開關柜內裝設一套電弧光保護裝置，完成在弧光短路故障下對母線和電纜頭的快速保護，可以避免弧光故障時產生的電弧光對設備及人員造成的嚴重傷害。在各回路的母線室、電纜頭室分別配置弧光點傳感器，當母線室內發(fā)生弧光故障時，快速斷開本段母線的進線斷路器和母聯(lián)斷路器；電纜頭室發(fā)生弧光故障時，快速斷開出線回路斷路器而不影響母線及其他回路，故障擴大，減少停電范圍。

電弧光裝置由控制主單元、I／O單元、弧光傳感器以及通訊連接電纜組成。其中主控單元主要功能為接收直接弧光擴展單元的弧光信號，對兩組三相電流、零序電流、零序電壓檢測。通過對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，通過電流過流和弧光雙重判據(jù)，進行編程，發(fā)出跳閘指令。同時對所有單元持續(xù)自檢，具有斷路器失靈保護和弧光故障定位功能；弧光擴展單元功能主要為接人多個弧光傳感器(可多接人12個弧光傳感器)解決了主控單元弧光傳感器接入接口少的問題，接收弧光信號后將弧光信號傳輸給主控單元、完成電纜頭弧光保護的跳閘輸出?；」鈧鞲衅骶哂?70°的檢測范圍，直接連接至弧光擴展單元，用于弧光的實時監(jiān)測。通訊電纜：在主控單元與擴展單元和弧光傳感器之間傳輸電源、監(jiān)控信號和跳閘信號。目前弧光保護裝置的整定值應小于主變后備保護過流I段定值，保護動作時間應小于5ms。

隨著電網的不斷發(fā)展，中低壓開關設備在電網與用戶之間的“樞紐”作用越來越顯著，而弧光短路故障對中低壓開關設備的損壞以及對電力系統(tǒng)運行帶來了嚴重影響。電弧光保護作為一種可以快速切除中低壓開關柜內弧光短路故障的技術手段，具有原理簡單、動作可靠*等優(yōu)點。因此，隨著人們對電弧光保護認識的深入，其運行和整定也將較加成熟和完善，在丁程實踐中推廣使用電弧光保護?；」舛搪饭收蠈χ械蛪洪_關設備的影響，保用戶用電可靠性要求，具有重要的現(xiàn)實意義。

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