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淺析安科瑞電弧光保護(hù)在高壓變電站中的應(yīng)用

更新時(shí)間:2024-04-24      瀏覽次數(shù):265

摘要:電弧光保護(hù)在變電站運(yùn)行過(guò)程中具有十分重要的意義,文章對(duì)電力系統(tǒng)中的中、低壓設(shè)備的運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行分析,并且提出了電弧光保護(hù)方式,迅速切除變電站運(yùn)行過(guò)程中的故障點(diǎn),保障變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞:電弧光保護(hù);變電站;安全穩(wěn)定運(yùn)行;燃弧耐受時(shí)間

0引言

在變電站運(yùn)行過(guò)程中,安全性和穩(wěn)定性是重要因素,近年來(lái)在變電站的建設(shè)中,由于戶(hù)內(nèi)開(kāi)關(guān)柜占地面積小,操作集中,方便運(yùn)行和維護(hù)等特點(diǎn),在變電站中大量配置中低壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中由于各種原因造成開(kāi)關(guān)設(shè)備被嚴(yán)重?zé)龤У氖鹿试絹?lái)越多,對(duì)變電站事故的處理不當(dāng),會(huì)直接影響變電站運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性,導(dǎo)致電網(wǎng)事故不斷擴(kuò)大,不僅會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,還可能造成人員傷亡事故。在變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了保證變壓器、母線(xiàn)、開(kāi)關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行,都遵照相關(guān)規(guī)范配置保護(hù)裝置,但目前國(guó)內(nèi)35kV及以下的母線(xiàn)一般不配置快速母線(xiàn)保護(hù),而是由變壓器的后備過(guò)流保護(hù)來(lái)切除母線(xiàn)故障,由后備保護(hù)動(dòng)作切除故障的時(shí)間至少為0.5s,這樣就加大了對(duì)設(shè)備的損傷程度。因此,在變電站中低壓開(kāi)關(guān)柜中配置電弧光保護(hù),一旦出現(xiàn)故障,可以及時(shí)將故障切除,防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

1中低壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題和運(yùn)行要求

1.1開(kāi)關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題

在變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中,110kV及以上的母線(xiàn)會(huì)設(shè)置母,電壓等級(jí)在35kV及以下的母線(xiàn)系統(tǒng)中一般不配置快速母線(xiàn)保護(hù),而是依賴(lài)上變壓器的后備過(guò)流保護(hù)來(lái)切除母線(xiàn)短路故障,這樣導(dǎo)致了故障切除時(shí)間的延長(zhǎng),加大了設(shè)備的損傷程度。

在設(shè)備的使用過(guò)程中母線(xiàn)上的操作比較頻繁,設(shè)備絕緣老化、機(jī)械磨損是必然現(xiàn)象,運(yùn)行條件發(fā)生改變以及人為操作錯(cuò)誤,會(huì)導(dǎo)致母線(xiàn)故障率升高,對(duì)變電站的運(yùn)行存在安全隱患。

1.2開(kāi)關(guān)柜安全運(yùn)行要求

(1)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時(shí)間。根據(jù)IEC298標(biāo)準(zhǔn),開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時(shí)間為100ms,當(dāng)前市面上銷(xiāo)售的開(kāi)關(guān)柜是按照該標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)的,開(kāi)關(guān)柜使用過(guò)程中可以承受的電弧燃燒時(shí)間為100ms。由于電弧光故障一般都發(fā)生在斷路器動(dòng)作前,故障短路電弧一直處于燃燒狀態(tài),保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與斷路器分閘時(shí)間之和為電弧燃燒的持續(xù)時(shí)間。因此,從開(kāi)關(guān)柜保護(hù)的角度來(lái)講,保護(hù)動(dòng)作應(yīng)該要在100ms內(nèi)迅速做出響應(yīng),對(duì)電弧短路故障進(jìn)行切除,防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大而造成更大的危害。

(2)開(kāi)關(guān)柜弧光故障防護(hù)。除了加強(qiáng)開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)外,還應(yīng)對(duì)母線(xiàn)配置快速保護(hù),在開(kāi)關(guān)柜耐受燃弧時(shí)間以?xún)?nèi)切除故障,從根本上限制故障電弧,對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的損壞和人員安全的危害。

2電弧光母線(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)

電弧光保護(hù)是一種快速、可靠的母線(xiàn)保護(hù)系統(tǒng),根據(jù)檢測(cè)弧光和過(guò)流雙判據(jù)原理,能夠迅速對(duì)變電站中出現(xiàn)的故障進(jìn)行響應(yīng),對(duì)于各種運(yùn)行方式都適用,為變電站中低壓的母線(xiàn)保護(hù)提供了解決方案。電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:

2.1主單元

主單元是電弧保護(hù)系統(tǒng)中的主要部分,主要對(duì)短路電流以及來(lái)自電弧光傳感器的動(dòng)作信息進(jìn)行檢測(cè),并且對(duì)收集到的故障信息進(jìn)行處理、判斷,從而發(fā)出故障處理信號(hào),對(duì)故障進(jìn)行切除。電弧光保護(hù)系統(tǒng)要在同時(shí)檢測(cè)到弧光和過(guò)流時(shí)才會(huì)發(fā)出相應(yīng)地切斷閘指令,如果進(jìn)線(xiàn)斷路器沒(méi)有及時(shí)動(dòng)作對(duì)故障進(jìn)行切除,則系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)邏輯,發(fā)出跳閘指令跳上級(jí)的斷路器進(jìn)行故障切除。此外,電弧保護(hù)系統(tǒng)的主單元還會(huì)根據(jù)輔助單元傳遞的弧光傳感器的動(dòng)作信息,對(duì)弧光故障點(diǎn)的位置進(jìn)行確定,發(fā)出溫度報(bào)警信息。

2.2輔助單元

電弧保護(hù)系統(tǒng)的輔助單元一般都安裝在開(kāi)關(guān)柜中,每一個(gè)輔助單元可以與10個(gè)弧光傳感器、1個(gè)溫度傳感器、1個(gè)便攜式弧光傳感器相連。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光故障的時(shí)候輔助單元可以對(duì)弧光傳感器中傳遞來(lái)的動(dòng)作信息進(jìn)行收集,并且將其傳遞給主單元,主單元再對(duì)故障進(jìn)行分析和響應(yīng)。在主單元中可以顯示輔助單元和弧光傳感器的地址編號(hào),有助于及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行解除。

2.3弧光傳感器

弧光傳感器是對(duì)故障進(jìn)行感應(yīng)的主要部件,安裝在開(kāi)關(guān)柜的各間隔室中,弧光傳感器是光感應(yīng)元件,如果出現(xiàn)弧光故障時(shí),光強(qiáng)度大幅度增加,傳感器檢測(cè)光強(qiáng),將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào),并且傳輸給輔助單元。

2.4電流單元

電流單元主要檢測(cè)系統(tǒng)中電流的變量,并且可以將其送到主控單元上,對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,然后將處理結(jié)果作為判斷系統(tǒng)電流情況的依據(jù)。

2.5電弧光保護(hù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用弧光檢測(cè)和過(guò)電流檢測(cè)的方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站運(yùn)行設(shè)備的雙重檢測(cè)與判斷,如果同時(shí)檢測(cè)到弧光與電流增量信號(hào),說(shuō)明設(shè)備和系統(tǒng)出現(xiàn)了故障,則需要快速啟動(dòng)繼電器,發(fā)出跳閘的指令,當(dāng)系統(tǒng)中只檢測(cè)到其中一個(gè)信號(hào)的時(shí)候,則只需要發(fā)出報(bào)警信號(hào),通知技術(shù)人員系統(tǒng)出現(xiàn)故障即可。

安裝了電弧光保護(hù)裝置的設(shè)備和系統(tǒng)具有斷路器失靈保護(hù)功能,即當(dāng)進(jìn)線(xiàn)斷路器發(fā)生拒動(dòng)的時(shí)候,會(huì)發(fā)出越級(jí)跳閘的信號(hào),從而對(duì)上短路信號(hào)進(jìn)行切斷,確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用

本文以某變電站為例,對(duì)電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用進(jìn)行分析與探討。

某變電站安裝應(yīng)用了ARB5型弧光保護(hù)系統(tǒng),幾年來(lái)系統(tǒng)的運(yùn)行十分穩(wěn)定可靠,在保護(hù)母線(xiàn)方面發(fā)揮了重要作用。本工程的接線(xiàn)方式為2條電源進(jìn)線(xiàn),單母分段,一共有14面開(kāi)關(guān)柜和2個(gè)母線(xiàn)橋。弧光保護(hù)配置的方式主要是:一臺(tái)ARB5主控單元,16個(gè)光探頭、300米光纖。將主控單元安裝在10kV進(jìn)線(xiàn)柜的面板上,光探頭安裝在14面柜以及兩個(gè)母線(xiàn)槽中。在對(duì)本工程進(jìn)行安裝的時(shí)候,是在處于運(yùn)行過(guò)程中的變電站上加裝弧光設(shè)備,所以由于停電的時(shí)間較短,為了保證能夠完成安裝調(diào)試工作,要提前做好準(zhǔn)備。安裝的步驟主要為以下幾個(gè)方面:(1)根據(jù)變電站加裝弧光系統(tǒng)的實(shí)際情況,由弧光系統(tǒng)設(shè)備廠(chǎng)家的設(shè)計(jì)人員對(duì)電氣安裝圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì),將圖紙?zhí)峁┙o變電站相關(guān)技術(shù)人員審核,結(jié)合變電站的實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn),直到圖紙符合要求。(2)對(duì)安裝所需要的輔材以及輔件進(jìn)行準(zhǔn)備,變電站要根據(jù)設(shè)計(jì)人員提供的圖紙,提前在開(kāi)關(guān)柜上開(kāi)好裝置以及壓板安裝孔,為安裝做好準(zhǔn)備。(3)當(dāng)變電站確定停電時(shí)間之后,要提前通知廠(chǎng)家,由廠(chǎng)家安排技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行配合安裝。變電站停電時(shí)要考慮綜合因素,確定具體時(shí)間。(4)在停電的前一天需要將主控制裝置安裝完畢,停電之后,變電站技術(shù)人員要安排弧光設(shè)備常見(jiàn)的技術(shù)人員,打開(kāi)開(kāi)關(guān)柜的柜門(mén),在安裝完畢之后及時(shí)關(guān)閉柜門(mén)。(5)電源的進(jìn)線(xiàn)、母線(xiàn)以及總控單元之間的CT線(xiàn)可以由變電站技術(shù)人員輔助敷設(shè)完成,弧光保護(hù)出口所跳開(kāi)關(guān)也應(yīng)該由變電站敷設(shè)。(6)具體的安裝和調(diào)試過(guò)程應(yīng)該由廠(chǎng)家技術(shù)人員完成。(7)所有的裝置調(diào)試完畢之后,由廠(chǎng)家的技術(shù)人員對(duì)變電站的技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)。培訓(xùn)之后要進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試驗(yàn)收合格之后即完成整個(gè)項(xiàng)目。

在本項(xiàng)目中,電弧光保護(hù)系統(tǒng)要針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)際情況,在技術(shù)方面,電弧光保護(hù)裝置應(yīng)該能夠提供“故障報(bào)警信號(hào)"、“故障動(dòng)作信號(hào)"到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),有助于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的故障與問(wèn)題,提高解決效率,減少對(duì)電力傳輸?shù)挠绊憽M瑫r(shí),電弧光保護(hù)的出口跳閘繼電器應(yīng)該要滿(mǎn)足啟動(dòng)功率不小于5W、動(dòng)作電壓介于55-70之間、動(dòng)作時(shí)間不小于10ms的要求。

對(duì)弧光保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行安裝的時(shí)候,應(yīng)該要遵循一定的技術(shù)規(guī)范:(1)KGN柜的安裝。在安裝KGN柜的時(shí)候應(yīng)該要按照保護(hù)母線(xiàn)隔室、母線(xiàn)側(cè)隔離刀閘室的原則,在柜子上側(cè)中部進(jìn)行安裝,不僅可以確保有足夠的絕緣距離,還能有足夠的角度檢測(cè)到柜內(nèi)的弧光是否滿(mǎn)足要求。對(duì)于本項(xiàng)目中35kV的開(kāi)關(guān)柜來(lái)講,應(yīng)該在母線(xiàn)隔室、母線(xiàn)側(cè)隔離刀閘室中各自安裝一個(gè)弧光傳感器,如果是10kV,如果母線(xiàn)與母線(xiàn)側(cè)隔離刀閘同時(shí)在一室,則只需要安裝一個(gè)弧光傳感器,如果母線(xiàn)和母線(xiàn)側(cè)隔離刀閘不在同一室,則需要分別安裝弧光傳感器。(2)KYN柜安裝。安裝KYNN柜的時(shí)候只能在母線(xiàn)隔室安裝,在上側(cè)中部安裝不僅可以保證足夠的絕緣距離,還能保證及時(shí)檢測(cè)到柜子內(nèi)的弧光。(3)為了避免電弧光保護(hù)的無(wú)選擇性跳閘情況出現(xiàn),應(yīng)該要進(jìn)一步簡(jiǎn)化二次回路,變電站中的35kV和10kV母線(xiàn)要采用分列運(yùn)行的方式。(4)新建的變電站在投產(chǎn)之前應(yīng)該要裝設(shè)相應(yīng)的電弧光保護(hù)裝置,運(yùn)行變電站可以結(jié)合開(kāi)關(guān)柜的大修情況,假裝電弧光保護(hù)裝置。

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)

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ARB5-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)

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ARB5-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

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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(xiàn)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。

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7結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,采用電弧光保護(hù)系統(tǒng)對(duì)變電站進(jìn)行保護(hù),其動(dòng)作時(shí)間為5-7ms,可以迅速實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的響應(yīng)和處理,使變電設(shè)備的損失減到小,大大提高了變電站運(yùn)行的安全性和運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn):

  1. 唐成靜.電弧光保護(hù)在變電站中的應(yīng)用.

[2] 吳海莉,胡發(fā)明.應(yīng)用于110kV變電站的電弧光保護(hù)系統(tǒng)[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào),2012(12).

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


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