摘要：闡述了弧光保護在變電站10kV高壓室的有效應用，通過比較兩種應用、兩種保護方式，提出電弧光保護應用的模式。電弧光保護作為開關柜內母線的主保護，能夠數毫秒級切斷故障，有效地保護變壓器不受損傷，減輕故障設備的損壞程度。由于電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開關柜事故更多，而原來電弧光保護僅能保護母線橋（包括母線室），通過擴展電弧光保護的保護范圍，在電纜頭爆炸后在短時間內將饋線柜斷路器切斷，成為我們在改造實踐中完成的重要改進。
關鍵詞:弧光；保護；快速；實踐；改進
0前言
由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，設備制造質量比高壓設備差，設備絕緣老化和機械磨損，運行條件惡劣，人為和操作錯誤等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、超高壓母線高得多。
中低壓母線在發生短路故障時產生的電弧光對設備及人員造成大傷害，有可能引發連鎖事故。由于我國現行的繼電保護設計標準中35kV及以下電壓等級的母線由于沒有穩定問題，在中低壓母線系統一般不配置專用的母線保護，而是依賴上一級元件（變壓器）的后備過流保護來切除母線短路故障，由于變壓器后備不會與饋線和母線分段開關的配合，保護跳閘時間一般整定為1.0~1.4s，有的甚至更長，達2.0s以上。這一動作速度很顯然是遠遠不能滿足快速切除中壓母線故障要求的，導致了故障切除時間延長，加大了設備的損傷程度。
為了保證變壓器及母線開關設備的安全運行，根據繼電保護快速性的要求，迫切需要配置專用中低壓母線保護。而電弧光保護作為母線故障短路是我們進行應用的有效選擇。
1保護原理
電弧光保護在110kV華藏寺變電站的應用實踐，當時僅作為10kV母線短路故障起弧的快速保護，其10kV系統為單母線分段帶旁路接線，保護原理如下。
(1)當母聯開關斷開，兩段母線單獨運行，甲段母線發生弧光，同時電流單元采集到過流信號，主控單元出口跳開甲段進線電源斷路器，同時閉鎖母聯開關備自投。乙段和甲段保護原理相同。
(2)當乙段進線電源開關斷開，母聯開關合上，兩段母線都由甲進線電源開關供電：
a.當甲母線發生弧光，同時電流單元采集到甲進線電源過流信號，主控單元出口跳開甲段進線電源斷路器；
b.當乙母線發生弧光，同時電流單元采集到甲進線電源過流信號，主控單元出口跳開母聯開關斷路器。甲乙兩段母線由乙段進線電源開關供電，原理同電弧光保護在110kV華藏寺變電站的應用實踐，當時僅作為10kV母線短路故障起弧的快速保護，其10kV系統為單母線分段帶旁路接線，保護原理如下。
電弧光保護裝置動作邏輯如下：通過光帶傳感器對母線室進行弧光探測并傳輸到主控單元。為保證不出現誤動作造成母線電源失電，在母線室采用雙光帶探測技術，雙光帶傳感器“與"門輸出弧光信號后和過電流信號再“與"門輸出跳閘信號，電流信號取自進線電源101或102電流。只有當兩個電弧光信號和一個電流信號同時出現時，輸出跳閘信號。其他情況下不能誤動作。
110kV華藏變電弧保護能夠有效地保護母線室和斷路器室上側母排短路，其配置原則是一段母線配置一套，進行電源開關柜作為該系統的一個監測點。事故狀態下，直接切斷該段母線的電源。
但在實際運行中，由于電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開關柜事故很多。因此，如何能在電纜頭爆炸后在短時間內將該臺開關柜的斷路器切斷成為了弧光綜合保護裝置應該而且必須做到的功能，我們通過設計更改，在110kV裴家營變進行了有益的探索實踐。
2應用實踐
電弧光保護作為10kV饋線柜及電源柜、母線室主保護，在110kV裴家營變的應用實踐：
在每一臺饋線開關柜（包括該段母線的電源進線柜）上安裝一臺弧光綜合保護裝置，將該饋線柜的電纜室和開關室作為獨立的弧光監測點。每臺裝置獨立運行和聯合運行相結合，實現獨立跳開事故饋線柜的功能。而母線不用停電。弧光保護的另一個判據，電流信號則取自該臺饋線柜自帶的電流互感器。跳閘信號的輸出則直接作用于該臺饋線柜的控制回路。
對跳閘接口T1、對跳閘接口T2，是弧光＋過電流跳閘輸出，小于7ms動作出口，切斷饋出線電源并閉鎖出線重合閘。第三對跳閘接口T3、第四對跳閘接口T4，是過電流延時跳閘輸出，延時600ms，在開關柜側還沒有出現弧光的情況下，通過延時發出跳閘信號，作為饋線柜的二級過流保護。
弧光綜合保護裝置同時具用母線保護功能的設計，通過光帶傳感器對母線室進行弧光探測并傳輸到主控單元。為保證不出現誤動作造成母線電源失電，弧光探測采用雙光帶傳感器“與"門輸出弧光信號后和過電流信號再“與"門輸出跳閘信號。此時，跳閘出口1、2小于7ms作用于跳開進線柜和母聯開關柜，跳閘出口3、4延時600ms，在進線柜或母線室沒有出現弧光的情況下，通過延時發出跳閘信號，作為進線電源的二級過流保護。 弧光綜合保護系統配置簡單，每個饋線柜和電源進線柜配置一臺即可。采用可編程的邏輯跳閘保護功能，實現饋線柜保護和母線柜保護的不同需要。實現獨立跳開事故饋線柜的功能，大大降低了電纜頭的爆炸或電纜溝起火引起的開關柜事故對主變壓器的沖擊損傷和開關柜室的電弧損傷。
3安科瑞弧光保護產品選型方案
3.1概述
中低壓母線發生短路故障時，所產生的電弧光對設備及人員會造成很大的傷害。在電力系統中，由于設備故障、人為地錯誤操作或錯誤接線、絕緣材料老化和機械磨損、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環境因素、電纜接頭制作不良、過電壓、其他原因如動物鼠害等可能在開關設備內造成短路故障并產生電弧光。
電弧光一旦產生，其危害程度取決于電弧光電流及切除時間，電弧產生的能量與12t成指數規律快速上升。只有在短時間內切除故障才能使設備不遭受損害。若總切除時間大于100ms，輕則設備局部燒損，重則造成開光柜爆炸以及人員傷亡，有的可能引發火災。
安科瑞ARB5系列弧光保護裝置外觀時尚、大屏幕液晶顯示，圖形化多語言菜單，操作快捷方便;具有強大的功能集成:集保、測量、控制、監測、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能于一體,準確實時監測弧光信號，保護電流，適用于中低級電網的弧光故障迅速切除裝置。
3.2應用場所
適用于石油化工、數據中心、電網電廠、機場軌道交通、醫療公共設施等行業。
3.3安科瑞ARB5弧光保護產品選型說明
ARB5系列弧光保護裝置由ARB5-M主控單元、ARB5-E擴展單元、ARB5-S弧光探頭、等配件構成。
ARB5-M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 |
電流輸入 | |
1 | 1A |
5 | 5A |
電源 | |
1 | 裝置電源為DC110V，開入電源DC110V |
2 | 裝置電源為DC220V，開入電源DC220V |
3 | 裝置電源為AC110V，開入電源DC24V（裝置自帶） |
4 | 裝置電源為AC220V，開入電源DC24V（裝置自帶） |
通訊協議 | |
0 | Modbus RTU、Modbus TCP、IEC103 |
1 | MMS（61850）、Modbus RTU、Modbus TCP、IEC103 |
2* | GOOSE、MMS（61850）、Modbus RTU、Modbus TCP、IEC103 |
注：1、*表示可選附件。 2、主控板和采集板數量之和不能大于4。 3、弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。
ARB5-E弧光擴展單元 | |
擴展單元 | |
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 |
5 | 5塊采集板，可直接采集25個弧光探頭信號 |
6 | 6塊采集板，可直接采集30個弧光探頭信號 |
電源 | |
1 | 裝置電源為DC110V，開入電源DC110V |
2 | 裝置電源為DC220V，開入電源DC220V |
3 | 裝置電源為AC110V，開入電源DC24V（裝置自帶） |
4 | 裝置電源為AC220V，開入電源DC24V（裝置自帶） |
弧光探頭 | |
技術參數代碼 | 代碼說明 |
ARB5-S(0) | 卡扣固定 |
ARB5-S(1) | 螺栓固定 |
注：1、*表示可選附件。
2、主控板和采集板數量之和不能大于4。
3、弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。
4、如有特殊要求，請特別注明。
3.4安科瑞ARB5-M弧光保護產品功能和技術參數
型號 | 主要功能 | 弧光點數 說明 |
ARB5-M 弧光主控單元
動作時間： 弧光單判據≤7ms 弧光+電流雙判據≤20ms | 8組弧光保護 4組失靈保護 4組電流回路TA監測 4組三相電流采集 11對可編程跳閘出口 24路開入量 弧光故障點定位 非電量保護 裝置故障告警 2路RS485 2路以太網 1路打印接口 1路IRIG-B碼對時接口 支持IEC61850、Modbus RTU、Modbus TCP、IEC103 支持GOOSE輸入輸出（選配） |
主控單元可支持20路弧光探頭信號采集。 主控單元可搭配4臺RB5-E擴展單元使用，共支持120路弧光探頭信號采集。 |
ARB5-E 弧光擴展單元 |
弧光信號采集 模擬狀態傳輸 需要配合ARB5-M主控單元使用 |
擴展單元可支持30路弧光探頭信號采集。 |
ARB5-S 弧光探頭 |
弧光信號監測 自帶濾光功能 無源型弧光傳感器
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安裝于母線室、手車室、電纜室等 |
弧光光纖 | 雙股具有光纖鏈路自檢功能 | 長度宜在20米內 |
3.5安科瑞ARB5-M弧光保護產品現場安裝
弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下：
4結束語
現代電力系統的發展，配電網容量的逐漸增大，中低壓母線故障對電力系統安全運行的影響越來越嚴重。它不僅使中壓開關設備嚴重燒毀，造成“火燒連營"事故；而且可能損壞昂貴的變壓器，造成十分嚴重的經濟損失，因此非常有必要安裝電弧光保護。此外，電弧光保護的應用不能按照國外初設計模式，僅僅保護母線橋自身弧光短路，應用實踐中要積改進，既作為中低壓母線保護又成為饋線側弧光短路的快速保護神。
參考文獻
[1]王德志,張愛萍.電弧光保護在應用實踐中的改進[J].2009-37(24).
[2].安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
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