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淺談中低壓母線裝設(shè)弧光保護(hù)的必要性

 更新時(shí)間:2022-08-18 點(diǎn)擊量:488

安科瑞 耿敏花

   【摘要】:中低壓開關(guān)柜作為電能生產(chǎn)與分配的基礎(chǔ)設(shè)施之一,使用量逐年增加,并且使用場合的復(fù)雜性也在增加。成套開關(guān)設(shè)備中母線故障產(chǎn)生的弧光將燒壞其元器件,從而導(dǎo)致事故擴(kuò)大,往往造成較大的經(jīng)濟(jì)損失,而母線弧光保護(hù)正好解決了這個(gè)難題,能夠很好的保護(hù)開關(guān)設(shè)備并降低損失。

  【關(guān)鍵詞】:中低壓開關(guān)柜;母線故障;弧光保護(hù)

  引言

  弧光放電不僅會(huì)造成停電事故,還會(huì)造成設(shè)備性損壞和人身傷害,帶來不可估量的損失?;」夥烹娛鹿适侵械蛪洪_關(guān)柜內(nèi)嚴(yán)重的事故之一,本文就幾個(gè)方面來探討中低壓母線裝設(shè)弧光保護(hù)的必要性。

  1重視中低壓母線故障的原因

  我國電力發(fā)展建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入大電網(wǎng)、大機(jī)組、壓輸電階段,并且對發(fā)電機(jī)組的容量要求越來越高,這對電力系統(tǒng)運(yùn)行提出了更高的要求,因?yàn)閱闻_(tái)大機(jī)組的運(yùn)行情況,會(huì)直接影響到整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、性以及經(jīng)濟(jì)性。同時(shí),發(fā)電廠的用電系統(tǒng)與運(yùn)行,對發(fā)電機(jī)組的影響也越來越大。由此可以看出,如果中低壓母線出現(xiàn)故障,它會(huì)產(chǎn)生弧光,所產(chǎn)生的弧光對電力設(shè)備及人本身的影響大,會(huì)造成不同程度的損傷,有時(shí)還會(huì)引發(fā)“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)"。

  現(xiàn)行的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),是采用借助于上元件的后備過流的方法來保護(hù),從而切除中低壓系統(tǒng)母線短路的問題,這樣的做法存在弊端。電路故障應(yīng)該在盡可能短的時(shí)間得到維修,而這類保護(hù)方法會(huì)導(dǎo)致維修時(shí)間增長,對設(shè)備也有一定的損傷。這些問題如果沒有及時(shí)解決,還會(huì)引起不同程度的事故,輕則會(huì)發(fā)展為輸電網(wǎng)故障,重則會(huì)使電力系統(tǒng)出現(xiàn)整體性故障。

  2產(chǎn)生中低壓弧光故障的因素

  中低壓電力系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生的弧光故障事故,多是受到環(huán)境條件的影響,絕緣材料受潮、設(shè)備表面產(chǎn)生凝露和附著污穢,從而使設(shè)備絕緣水平下降引發(fā)事故。

 ?。?)弧光產(chǎn)生的技術(shù)原因

  設(shè)備故障和帶電設(shè)備的誤操作,檢修工具遺漏在開關(guān)設(shè)備內(nèi),錯(cuò)誤的接線和母線連接,絕緣老化和機(jī)械磨損、過電壓,小動(dòng)物、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境因素,容性接地電流擴(kuò)大等。

 ?。?)弧光產(chǎn)生的人為原因

  誤入帶電間隔,隔離開關(guān)誤操作,忘記在工作區(qū)接地,忘記測量工作區(qū)內(nèi)的高壓等。

  除此之外,電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展,電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)總是在不停地改變,用電負(fù)載在增多,從而導(dǎo)致電纜增多,電量超負(fù)荷,也容易導(dǎo)致故障發(fā)生。

  3弧光故障事故的危害

  弧光產(chǎn)生的溫度可達(dá)4500℃,內(nèi)部溫度甚至有10000~20000℃。弧光產(chǎn)生時(shí)大瞬時(shí)功率可達(dá)到40MW,弧光光強(qiáng)可超過正常照明光強(qiáng)2000多倍。因此中低壓開關(guān)柜內(nèi)因故障而產(chǎn)生電弧時(shí)若不能及時(shí)采取合理措施,則會(huì)產(chǎn)生諸多危害。

 ?。?)對設(shè)備的危害:電弧發(fā)生時(shí)產(chǎn)生大量高溫高壓氣體,氣體瞬時(shí)沖擊波可造成開關(guān)柜體變形、破碎;沖擊波爆破震動(dòng)可造成開關(guān)柜劇烈震動(dòng),使各連接處緊固件松脫;產(chǎn)生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化,甚至將開關(guān)柜外殼金屬融化、元器件嚴(yán)重?fù)p壞并引起火災(zāi)。

 ?。?)對人的危害:高溫灼傷皮膚;熔化的金屬蒸發(fā)并滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化;高強(qiáng)度弧光傷害眼睛,甚至造成角膜脫落;高溫燃燒產(chǎn)生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統(tǒng);弧光電流作用于人體可使肌肉產(chǎn)生非自主劇烈收縮,也可損傷肌腱、皮膚、血管、神經(jīng)組織等。

  電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數(shù)規(guī)律快速上升,其不僅與故障電流的大小有關(guān),還與燃弧時(shí)間有關(guān)。根據(jù)故障點(diǎn)的不同,通常情況下故障短路電流會(huì)在幾千安至幾萬安,故障若不能及時(shí)切除以熄滅電弧,則會(huì)產(chǎn)生巨大能量??傊_關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障,不論是對開發(fā)設(shè)備還是對附近的工作人員,其危險(xiǎn)性不可謂不嚴(yán)重。

圖1 電弧能量-時(shí)間曲線

  4弧光保護(hù)與傳統(tǒng)保護(hù)之間的比較

  傳統(tǒng)母線保護(hù)方案有如下幾種。

 ?。?)進(jìn)線過流保護(hù)方案

  利用微機(jī)過流保護(hù)實(shí)現(xiàn)中低壓開關(guān)柜及其母線保護(hù)方案。過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間需與各饋線過流保護(hù)時(shí)間配合,至少在300 ms 以上,動(dòng)作時(shí)間不能滿足快速切除弧光短路故障的要求。

 ?。?)變壓器后備過流保護(hù)方案:

  該方案是目前應(yīng)用廣泛的中低壓母線保護(hù)方案,保護(hù)跳閘時(shí)間一般整定為1. 2 ~ 2. 0 s,更加不能滿足快速切除中低壓母線和線路故障的要求。

  (3)環(huán)流原理的高阻抗母線保護(hù)方案:

  該方案是專用的母線保護(hù)方案,保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般為35 ~ 60 ms。但是這種方案接線復(fù)雜、對CT 要求高,安裝在中低壓開關(guān)柜有很多困難,也不經(jīng)濟(jì)。此外,由于其保護(hù)范圍受到CT 安裝位置的限制,不能保護(hù)發(fā)生故障幾率較高的電纜接頭處的故障,并且也不能提供故障定位,因此其實(shí)用性差。

  弧光保護(hù)專門用于來保護(hù)中低壓開關(guān)柜母線,它的動(dòng)作時(shí)間快,相比于傳統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng),更具*性,它采用弧光和電流閉鎖的方法來進(jìn)行雙重判斷,增加了可靠性和性。它在發(fā)生故障時(shí),能準(zhǔn)確地定位,可減少維修人員查找故障點(diǎn)的時(shí)間,大大減短了維修時(shí)間,從而保障事故檢修之后快速恢復(fù)供電。

  5安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置

  安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置具有原理簡單、動(dòng)作可靠迅速、對變電站一次設(shè)備無特殊要求、適應(yīng)于各種運(yùn)行方式、且在各種運(yùn)行方式下保護(hù)不需要切換等優(yōu)點(diǎn),為目前發(fā)電廠、變電站、工業(yè)及商業(yè)配電系統(tǒng)0.4kV - 35kV中低壓母線保護(hù)理想的解決方案。它通過弧光+電流雙重判據(jù)或弧光單判據(jù)啟動(dòng)保護(hù),其弧光單判據(jù)動(dòng)作時(shí)間≤7ms;弧光+電流雙判據(jù)動(dòng)作時(shí)間≤20ms,為快速切除中低壓弧光故障提供了技術(shù)支持。

圖2 ARB5弧光保護(hù)邏輯原理圖

  ARB5弧光保護(hù)還具有失靈保護(hù)、CT監(jiān)測、弧光故障點(diǎn)定位、弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢、支持包括IEC61850在內(nèi)的主要行業(yè)內(nèi)通訊協(xié)議等功能。

圖3 ARB5弧光保護(hù)典型配置圖

  6中低壓開關(guān)柜母線弧光保護(hù)的應(yīng)用案例

  安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置廣泛應(yīng)用于中低壓開關(guān)柜母線保護(hù)。

 ?。?) 某機(jī)場10kV開關(guān)柜母線弧光保護(hù)

 

圖4 某機(jī)場10kV開關(guān)柜ARB5弧光保護(hù)安裝圖

  (2) 某工廠0.4kV開關(guān)柜母線弧光保護(hù)

 

圖5 某工廠0.4kV開關(guān)柜ARB5弧光保護(hù)安裝圖

  結(jié)語

  中低壓系統(tǒng)母線的保護(hù),不僅需要、熟練地掌握技術(shù),還需要一些保護(hù)系統(tǒng)來協(xié)調(diào)配合完成,而弧光保護(hù)作為一個(gè)理想的解決方法,可以合理地解除故障,減少設(shè)備維護(hù)的次數(shù),提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益,提高電力系統(tǒng)的性和可靠性。

  參考文獻(xiàn)

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  [4].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版

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