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浅谈电弧光保护装置在6KV厂用电系统中的应用与选型

 发布时间:2022-09-29 点击量:154

摘要:阐述弧光短路在配电网中的危害性,介绍弧光短路的发生机理及主要影响因素,指出电弧光保护系统的特点、构成、作用以及电弧光保护的实际应用情况。应用结果表明:电弧光保护装置运行可靠,模拟试验动作正确。

关键词:弧光短路;电孤光保护;厂用电系统

0前言

弧光短路是配电网中严重的故障。尤其是发生在中、低压开关柜内部时,由于电弧电阻原因,短路电流往往无法达到过流速断整定值,因而不能动作决速切断故障,电弧持续燃烧释放巨大能量,将造成开关柜被严重烧毁的灾难性后果。开关柜的弧光短路故障,往往由于未得到及时消除,将发展为母线故障,其危害是非常严重的,可能造成发电厂厂用电瓦解、重要用户停电,严重时会导致多组开关柜同时烧毁的“火烧连营”事故等。近年来,因母线故障造成巨大短路电流冲击导致变压器损坏也不少见,造成了重大的经济损失。

1弧光短路发生的机理及影响

1.1弧光放电发生的机理当两电间电压升高时,电近处空气中的正负离子被电场加速,并在移动过程中与其他空气分子碰撞产生新的离子,这种离子大量增加的现象称为电离。当空气被电离时,温度随之急剧上升产生电弧,这种放电称为弧光放电。弧光放电一般不需要很高的电压,属于低电压大电流放电。

1.2中低压开关柜内发生弧光短路的主要因素

(1)使用了性能不良的导电体。

(2)绝缘损坏(包括老化、受潮、裂痕等)。

(3)人体或其他物品意外接触到带电部位。

(4)操作过程中的失误或者设计、安装错误。

(5)元件损坏,没有良好的维修和保养设备。

(6)过电压。

1.3不同燃弧时间与设备损坏程度的关系

根据搜集到的国外资料,不同燃弧时问对设备造成的损坏程度如下:

(1)35ms:没有显著的损坏,一般可在检验绝缘电阻合格后投入使用;

(2)1001TIS:损坏较小,在开关柜再次投入运行前需要进行清洁或小修;

(3)500Iris:设备损坏很严重,现场人员也受到严重伤害,更换部分设备才可再投入运行。因此,切断弧光短路故障的时间非常关键,只有速度更快的保护系统才能提供更有效的保护,在弧光短路故障时保护人和设备的。

2电弧光保护系统的发展及作用

2.1电弧光保护系统的发展

近年来,随着国内电力工业的高速发展,中、低压开关柜的应用数量越来越多,因开关柜弧光短路故障而引发的中、低压母线故障日益增多。鉴于用户对供电可靠性的要求越来越高,国内专家一直强调装设专用中、低压母线保护的重要性,用户也希望能提供一种造价较低、原理简单、适用于6—35kV的母线保护,以大地减少母线故障对设备及人员的危害,提高供电可靠性。在这种背景下,电弧光保护系统在我国电力系统中得到了广泛应用。

2.2电弧光保护的作用

(1)保护附近工作人员免受电弧短路故障造成的伤害。

(2)保护中、低压开关设备免受严重损坏,防止火灾事故的发生。

(3)保护昂贵的主变压器或厂用变压器免受短路电流冲击而损坏。

(4)防止波及站用直流系统,避免造成巨大的经济损失。

(5)大地减少用户的停电时间,将用户的停电恢复时问由原来的2天至3个星期减少到几个小时。

(6)延长现有开关设备的使用寿命,推迟更换开关设备的时间。

3电弧光保护系统及其实际应用

某厂6kV开关柜采用RIZNEREagleEye光电式电弧光保护系统,其工作原理是:采用电弧光传感器监测电弧光信号,配合过流判断故障,其可控硅出口小于lms,快速继电器出口小于8ms以及断路器3560ms的跳闸时间,从而有效保护开关设备。

3.1电弧光保护系统的特点

(1)采用电弧光及过流双判据原理。

(2)连续的自我检测。

(3)采用光纤传输跳闸指令,可控硅高速出口和快速继电器出口相结合,动作时间小于8ms。

(4)主辅元件分离,单系统可以保护256个监测点。

(5)输入输出均可编程,配置灵活,适合任何复杂工况。

(6)显示故障位置,便于故障处理,大地提高了供电恢复速度。

3.2电弧光保护系统的组成

电弧光保护系统由1个电弧光主控单元、1个电源模块、2个电流辅助单元、1个弧光单元和若干电弧光传感器(按间隔量配置)组成。将电弧光传感器安装在开关柜母线室内,确保母线室内发生弧光短路故障时能探测到弧光。信号通过光纤和数据线传输到主控单元,主控单元依据设定逻辑,判断是否发出跳闸指令。弧光单元安装在某个选定的开关柜中,选择原则是保证该单元与主控单元和各个开关柜里装设的电弧光传感器的连接线距离较短。

3.3电弧光保护的逻辑

(1)6kV段任一开关柜的母线室产生弧光(现场试验用手电筒光源模拟),主控单元都能发出光报警(绿灯变红灯闪烁),并能显示相应正确的地址,但不发送跳闸信号。

(2)6kV段工作电源进线柜或备用电源进线柜三相电流中的任何一相出现过流情况(现场试验采用继电保护测试仪给电流的方式模拟),主控单元都能发出过流报警(绿灯变红灯闪烁),并能显示相应正确的地址,但不发送跳闸信号。

(3)6kV段任一开关柜的母线室产生弧光,同时工作电源进线柜或备用电源进线柜三相电流中的任一相出现过流情况(试验模拟方法同上),主控单元都能发出光报警和过流报警,并能显示相应正确的地址,同时送出相应的跳闸信号。

(4)工作电源进线柜任何一相给过流信号并同时在任一个弧光通道给弧光信号时,主控单元发跳闸信号给工作电源进线柜跳闸出口及闭锁快切出口继电器。

(5)备用电源进线柜任何一相给过流信号并同时在任一个弧光通道给弧光信号时,主控单元发跳闸信号给备用电源进线柜跳闸出口及闭锁快切出口继电器。

3.4电弧光保护实际应用情况

该厂机组6kV厂用电系统共有4段母线,每段母线均配有该电弧光保护系统。该系统2010年投入运行以来,其6kV厂用电系统未发生过电弧光短路事故;但从机组大修时的检测报告来看,电弧光保护装置均能正确动作。目前,该厂已将电弧光传感器的检查以及整套装置的试验列为大修中停母线检修的标准项目,以确保装置能够正常运行。

4安科瑞弧光保护产品选型方案

4.1概述

中低压母线发生短路故障时,所产生的电弧光对设备及人员会造成很大的伤害。在电力系统中,由于设备故障、人为地错误操作或错误接线、绝缘材料老化和机械磨损、灰尘、温度、湿度、腐蚀等环境因素、电缆接头制作不良、过电压、其他原因如动物鼠害等可能在开关设备内造成短路故障并产生电弧光。

电弧光一旦产生,其危害程度取决于电弧光电流及切除时间,电弧产生的能量与12t成指数规律快速上升。只有在短时间内切除故障才能使设备不遭受损害。若总切除时间大于100ms,轻则设备局部烧损,重则造成柜爆炸以及人员伤亡,有的可能引发火灾。

安科瑞ARB5系列弧光保护装置外观时尚、大屏幕液晶显示,图形化多语言菜单,操作快捷方便;具有强大的功能集成:集保、测量、控制、监测、通讯、故障录波、事件记录等多种功能于一体,准确实时监测弧光信号,保护电流,适用于中低级电网的弧光故障迅速切除装置。

4.2应用场所

适用于石油化工、数据、电网电厂、机场轨道交通、医疗公共设施等行业。

4.3安科瑞ARB5弧光保护产品选型说明

ARB5系列弧光保护装置由ARB5-M主控单元、ARB5-E扩展单元、ARB5-S弧光探头、等配件构成。

 

ARB5-M弧光主控单元

技术参数代码

代码说明

弧光主控板数

0

0块主控板,可接0块采集板信号

1

1块主控板,可接6块采集板信号

2

2块主控板,可接12块采集板信号

3

3块主控板,可接18块采集板信号

4

4块主控板,可接24块采集板信号

弧光采集板数

0

0块采集板,可直接采集0个弧光探头信号

1

1块采集板,可直接采集5个弧光探头信号

2

2块采集板,可直接采集10个弧光探头信号

3

3块采集板,可直接采集15个弧光探头信号

4

4块采集板,可直接采集20个弧光探头信号

电流输入

1

1A

5

5A

电源

1

装置电源为DC110V,开入电源DC110V

2

装置电源为DC220V,开入电源DC220V

3

装置电源为AC110V,开入电源DC24V(装置自带)

4

装置电源为AC220V,开入电源DC24V(装置自带)

通讯协议

0

ModbusRTU、ModbusTCPIEC103

1

MMS(61850)ModbusRTU、ModbusTCP、IEC103

2

GOOSEMMS(61850)ModbusRTU、ModbusTCP、IEC103

注:1*表示可选附件

2、主控板和采集板数量之和不能大于4

3、弧光探头到采集板的长度不能超过20米。

 

ARB5-E弧光扩展单元

扩展单元

1

1块采集板,可直接采集5个弧光探头信号

2

2块采集板,可直接采集10个弧光探头信号

3

3块采集板,可直接采集15个弧光探头信号

4

4块采集板,可直接采集20个弧光探头信号

5

5块采集板,可直接采集25个弧光探头信号

6

6块采集板,可直接采集30个弧光探头信号

电源

1

装置电源为DC110V,开入电源DC110V

2

装置电源为DC220V,开入电源DC220V

3

装置电源为AC110V,开入电源DC24V(装置自带)

4

装置电源为AC220V,开入电源DC24V(装置自带)

 

弧光探头

技术参数代码

代码说明

ARB5-S(0)

卡扣固定

ARB5-S(1)

螺栓固定

注:1*表示可选附件。

2主控板和采集板数量之和不能大于4

3弧光探头到采集板的长度不能超过20米。

4如有特殊要求,请特别注明。

4.4安科瑞ARB5-M弧光保护产品功能和技术参数

image.png

4.5安科瑞ARB5-M弧光保护产品现场安装

 

弧光保护主控单元、探头安装图如下:

image.png

image.png

image.png

5结束语

现代电力系统的发展,配电网容量的逐渐增加,中低压母线故障对电力系统运行的影响越来越严重。它不仅使中压开关设备严重烧毁,造成“火烧连营”事故;而且可能损坏昂贵的变压器,造成十分严重的经济损失,因此非常有必要安装电弧光保护。此外,电弧光保护的应用不能按照国外初设计模式,仅仅保护母线桥自身弧光短路,应用实践中要积改进,既作为中低压母线保护又成为馈线侧弧光短路的快速保护神。

参考文献

[1] 许震,丁鑫.电弧光保护及其在6kV厂用电系统的应用[J].2016(3):18.

[2] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.

作者介绍:

安跃强,男,现任职于安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为为智能电网供配电。

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