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淺談電弧光保護裝置在6KV廠(chǎng)用電系統中的應用與選型

更新時(shí)間:2022-11-10瀏覽:833次
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)生機理及主要影響因素,指出電弧光保護系統的特點(diǎn)、構成、作用以及電弧光保護的實(shí)際應用情況。應用結果表明:電弧光保護裝置運行可靠,模擬試驗動(dòng)作正確。
關(guān)鍵詞:弧光短路;電孤光保護;廠(chǎng)用電系統
0前言
       弧光短路是配電網(wǎng)中嚴重的故障。尤其是發(fā)生在中、低壓開(kāi)關(guān)柜內部時(shí),由于電弧電阻原因,短路電流往往無(wú)法達到過(guò)流速斷整定值,因而不能動(dòng)作決速切斷故障,電弧持續燃燒釋放巨大能量,將造成開(kāi)關(guān)柜被嚴重燒毀的災難性后果。開(kāi)關(guān)柜的弧光短路故障,往往由于未得到及時(shí)消除,將發(fā)展為母線(xiàn)故障,其危害是非常嚴重的,可能造成發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電瓦解、重要用戶(hù)停電,嚴重時(shí)會(huì )導致多組開(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(xiàn)故障造成巨大短路電流沖擊導致變壓器損壞也不少見(jiàn),造成了重大的經(jīng)濟損失。
1弧光短路發(fā)生的機理及影響
1.1弧光放電發(fā)生的機理當兩電間電壓升高時(shí),電近處空氣中的正負離子被電場(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象稱(chēng)為電離。當空氣被電離時(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?;」夥烹娨话悴恍枰芨叩碾妷?,屬于低電壓大電流放電。
1.2中低壓開(kāi)關(guān)柜內發(fā)生弧光短路的主要因素
      (1)使用了性能不良的導電體。
      (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)程中的失誤或者設計、安裝錯誤。
     (5)元件損壞,沒(méi)有良好的維修和保養設備。
      (6)過(guò)電壓。
1.3不同燃弧時(shí)間與設備損壞程度的關(guān)系
      根據搜集到的國外資料,不同燃弧時(shí)問(wèn)對設備造成的損壞程度如下:
       (1)35ms:沒(méi)有顯著(zhù)的損壞,一般可在檢驗絕緣電阻合格后投入使用;
      (2)1001TIS:損壞較小,在開(kāi)關(guān)柜再次投入運行前需要進(jìn)行清潔或小修;
      (3)500Iris:設備損壞很?chē)乐?,現場(chǎng)人員也受到嚴重傷害,更換部分設備才可再投入運行。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系統才能提供更有效的保護,在弧光短路故障時(shí)保護人和設備的。 
2電弧光保護系統的發(fā)展及作用
2.1電弧光保護系統的發(fā)展
        近年來(lái),隨著(zhù)國內電力工業(yè)的高速發(fā)展,中、低壓開(kāi)關(guān)柜的應用數量越來(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(xiàn)故障日益增多。鑒于用戶(hù)對供電可靠性的要求越來(lái)越高,國內專(zhuān)家一直強調裝設專(zhuān)用中、低壓母線(xiàn)保護的重要性,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(xiàn)保護,以大地減少母線(xiàn)故障對設備及人員的危害,提高供電可靠性。在這種背景下,電弧光保護系統在我國電力系統中得到了廣泛應用。
2.2電弧光保護的作用
     (1)保護附近工作人員免受電弧短路故障造成的傷害。
     (2)保護中、低壓開(kāi)關(guān)設備免受?chē)乐負p壞,防止火災事故的發(fā)生。
     (3)保護昂貴的主變壓器或廠(chǎng)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,避免造成巨大的經(jīng)濟損失。
      (5)大地減少用戶(hù)的停電時(shí)間,將用戶(hù)的停電恢復時(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(cháng)現有開(kāi)關(guān)設備的使用壽命,推遲更換開(kāi)關(guān)設備的時(shí)間。
3電弧光保護系統及其實(shí)際應用
       某廠(chǎng)6kV開(kāi)關(guān)柜采用RIZNEREagleEye光電式電弧光保護系統,其工作原理是:采用電弧光傳感器監測電弧光信號,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,從而有效保護開(kāi)關(guān)設備。
3.1電弧光保護系統的特點(diǎn)
      (1)采用電弧光及過(guò)流雙判據原理。
      (2)連續的自我檢測。
      (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合,動(dòng)作時(shí)間小于8ms。
      (4)主輔元件分離,單系統可以保護256個(gè)監測點(diǎn)。
      (5)輸入輸出均可編程,配置靈活,適合任何復雜工況。
      (6)顯示故障位置,便于故障處理,大地提高了供電恢復速度。
3.2電弧光保護系統的組成
       電弧光保護系統由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(xiàn)室內,確保母線(xiàn)室內發(fā)生弧光短路故障時(shí)能探測到弧光。信號通過(guò)光纖和數據線(xiàn)傳輸到主控單元,主控單元依據設定邏輯,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)柜里裝設的電弧光傳感器的連接線(xiàn)距離較短。
3.3電弧光保護的邏輯
       (1)6kV段任一開(kāi)關(guān)柜的母線(xiàn)室產(chǎn)生弧光(現場(chǎng)試驗用手電筒光源模擬),主控單元都能發(fā)出光報警(綠燈變紅燈閃爍),并能顯示相應正確的地址,但不發(fā)送跳閘信號。
       (2)6kV段工作電源進(jìn)線(xiàn)柜或備用電源進(jìn)線(xiàn)柜三相電流中的任何一相出現過(guò)流情況(現場(chǎng)試驗采用繼電保護測試儀給電流的方式模擬),主控單元都能發(fā)出過(guò)流報警(綠燈變紅燈閃爍),并能顯示相應正確的地址,但不發(fā)送跳閘信號。
       (3)6kV段任一開(kāi)關(guān)柜的母線(xiàn)室產(chǎn)生弧光,同時(shí)工作電源進(jìn)線(xiàn)柜或備用電源進(jìn)線(xiàn)柜三相電流中的任一相出現過(guò)流情況(試驗模擬方法同上),主控單元都能發(fā)出光報警和過(guò)流報警,并能顯示相應正確的地址,同時(shí)送出相應的跳閘信號。
       (4)工作電源進(jìn)線(xiàn)柜任何一相給過(guò)流信號并同時(shí)在任一個(gè)弧光通道給弧光信號時(shí),主控單元發(fā)跳閘信號給工作電源進(jìn)線(xiàn)柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。
       (5)備用電源進(jìn)線(xiàn)柜任何一相給過(guò)流信號并同時(shí)在任一個(gè)弧光通道給弧光信號時(shí),主控單元發(fā)跳閘信號給備用電源進(jìn)線(xiàn)柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。
3.4電弧光保護實(shí)際應用情況
        該廠(chǎng)機組6kV廠(chǎng)用電系統共有4段母線(xiàn),每段母線(xiàn)均配有該電弧光保護系統。該系統2010年投入運行以來(lái),其6kV廠(chǎng)用電系統未發(fā)生過(guò)電弧光短路事故;但從機組大修時(shí)的檢測報告來(lái)看,電弧光保護裝置均能正確動(dòng)作。目前,該廠(chǎng)已將電弧光傳感器的檢查以及整套裝置的試驗列為大修中停母線(xiàn)檢修的標準項目,以確保裝置能夠正常運行。
4安科瑞弧光保護產(chǎn)品選型方案
4.1概述
       中低壓母線(xiàn)發(fā)生短路故障時(shí),所產(chǎn)生的電弧光對設備及人員會(huì )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(xiàn)、絕緣材料老化和機械磨損、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境因素、電纜接頭制作不良、過(guò)電壓、其他原因如動(dòng)物鼠害等可能在開(kāi)關(guān)設備內造成短路故障并產(chǎn)生電弧光。
        電弧光一旦產(chǎn)生,其危害程度取決于電弧光電流及切除時(shí)間,電弧產(chǎn)生的能量與12t成指數規律快速上升。只有在短時(shí)間內切除故障才能使設備不遭受損害。若總切除時(shí)間大于100ms,輕則設備局部燒損,重則造成柜爆炸以及人員傷亡,有的可能引發(fā)火災。
        安科瑞ARB5系列弧光保護裝置外觀(guān)時(shí)尚、大屏幕液晶顯示,圖形化多語(yǔ)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(shí)時(shí)監測弧光信號,保護電流,適用于中低級電網(wǎng)的弧光故障迅速切除裝置。
4.2應用場(chǎng)所
       適用于石油化工、數據、電網(wǎng)電廠(chǎng)、機場(chǎng)軌道交通、醫療公共設施等行業(yè)。
4.3安科瑞ARB5弧光保護產(chǎn)品選型說(shuō)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
 
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(cháng)度不能超過(guò)20米。
4、如有特殊要求,請特別注明。
 
4.4安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數
 
4.5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現場(chǎng)安裝
 
        弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下:
 
 
5結束語(yǔ)
       現代電力系統的發(fā)展,配電網(wǎng)容量的逐漸增加,中低壓母線(xiàn)故障對電力系統運行的影響越來(lái)越嚴重。它不僅使中壓開(kāi)關(guān)設備嚴重燒毀,造成“火燒連營(yíng)"事故;而且可能損壞昂貴的變壓器,造成十分嚴重的經(jīng)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(xiàn)橋自身弧光短路,應用實(shí)踐中要積改進(jìn),既作為中低壓母線(xiàn)保護又成為饋線(xiàn)側弧光短路的快速保護神。
 
參考文獻
[1]許震,丁鑫.電弧光保護及其在6kV廠(chǎng)用電系統的應用[J].2016(3):18.
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.
作者介紹:
柏為為,現任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為中低壓供電系統繼電保護和弧光保護。


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