电弧光保护与分支限时速断保护的比较

陈月奎 赵永林

【中图分类号】TM773 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0005-02

1、概述

近年来，在全国很多电厂都陆续出现了发电厂高厂变、高备变损坏事故。其中内蒙的达拉特、丰镇等电厂曾多次出现。从厂用电运行条件看，近区短路时有发生，考虑到厂用电的重要性及厂用变对突发短路的损伤累积效应，要求厂用分支母线故障能快速切除。但长期以来，高备变、高厂变低压侧仅配置分支过流，其延时通常为2～3s，当近区发生故障时，高厂变、高备变差动保护无能为力，在其后备保护分支过流动作前，已经出现了高厂变、高备变的损坏。

配置分支限时速断保护来作为发电厂厂用分支母线的快速保护，快速切除厂用分支母线近区的故障，从而保护高厂变、高备变的安全。当然也需要变压器厂家进一步提高变压器的短路耐受力，加强变压器相关的突发短路试验。

近几年，电弧光保护作为一种新兴的保护在国内的一些大型机组厂用分支开关柜保护设计中有应用。其主要是通过检测电弧变化等特征物理量，来快速检测开关柜内母线故障。

分支限时速断保护和电弧光保护都可作为分支母线的快速保护，但是二者在保护原理、保护范围、动作特性、实用性和造价等方面有区别。而目前国内外对此点都未进行过对比分析，所以分析对比二者对今后改进发电厂厂用分支母线保护有很大的参考意义。

2、分支限时速断保护

2.1概述

分支限时速断保护因其原理简单，装设方式简单，在很多电厂改造中作为首选方式。从简化厂用分支母线保护的角度出发，该保护得到了广泛的应用。

2.2分支限时速断保护的特点分析

2.2.1保护原理

原理简单，为简单的过流逻辑，通过检测电流是否大于定值，如果大于定值，则启动延时继电器计时，当时间大于定值时，保护动作于跳闸切除故障。

2.2.2装设方式

分支限时速断保护可采用两种接线方式，一种方式是直接放置在高厂变、高备变保护中，可直接采用高厂变、高备变的交流电流回路。另一种方式是直接放置在开关柜中实现。

2.2.3保护范围

分支限时速断保护的保护范围：作为分支母线故障的快速保护，同时作为相邻电动机、低厂变等高压侧故障的后备保护。该保护具有一定的选择性，当故障位于电动机或低厂变时，优先由电动机或低厂变的保护反应；如果电动机或低厂变保护无法切除故障，则由分支限时速断保护动作切除故障。

2.2.4 经济性分析

由于分支限时速断保护通常放置在高厂变、高备变保护装置中或放置在开关柜中实现，不论是对新建机组还是改造工程，其不需增设新的设备。该保护所用的电流回路均可与其他保护共用。可以说增设此保护相关的投资费用很小。

2.2.5实用性分析

根据相邻电动机和低厂变等负荷的状态，分支限时速断保护的延时可整定范围为0.3～0.6s，这可以大大缩短仅分支复压过流保护时的动作时间，有利于提高分支母线保护的快速性要求，且不影响与相邻保护在延时方面的配合。

该方法目前已经国内很多电厂采用，在内蒙上都电厂、达拉特电厂的多台高厂变、高备变中实施，其效果不错。

3、电弧光保护

3.1概述

上世纪60年代国外已开始研究电弧光短路故障，到90年代对这种故障特性有了深入了解，并提出各种弧光短路的防护措施。电弧光保护，在欧美一些国家的电力系统和厂矿企业推广应用中已有二十多年的历史。我国第一套保护装置于1995年投运，中国以前的进口机组在引进时有国外成套配有电弧光保护，国产机组第一套装置2000年开始运行。

对于中低压开关柜来说，以最快的速度切除故障意味着最大限度的限制电弧燃烧释放的能量，其好处是：

a.保护附近工作人员免受电弧故障效应的伤害；

b.开关柜内部部件的损坏限制到最小；

c.大大减少开关设备的损坏的维修费用；

d.最大限度地减少用户的停电时间，可尽快恢复生产；

e.对于使用年限很长、需要进行改进的开关柜，采用电弧光保护可有效延长其使用寿命，从而减少对开关设备的投资费用。

对配电系统还将有以下好处：

a.保护昂贵的厂用变压器免受巨大的短路电流冲击而损坏；

b.防止波及站用直流系统，避免事故扩大而造成的经济损失。

3.2电弧光保护的特点

3.2.1基本原理

通过检测开关柜内母线故障时产生的弧光，并结合过流闭锁的动作原理，即采用检测弧光和过流双判据原理，来判断故障切断电流。

弧光是电弧最明显且变化最快的特征物理量，电弧光保护通过检测电弧弧光信号来检测故障。为了避免外界光干扰导致的电弧光保护误动，实际应用中还引入电流增量闭锁来提高可靠性。

3.2.2电弧光保护系统构成及装设方式

典型的电弧光保护系统主要由主单元、辅助单元、弧光传感器和温度传感器等组成。下面分别对每部分做简单介绍。

1）主单元

包含有电流检测和弧光检测，它通过检测短路电流和来自弧光传感器的动作信息，并对收集的数据进行处理、判断，发出跳闸信号，以切除故障。在进线断路器未能动作切除故障时，它将启动断路器失灵保护逻辑，发出跳闸指令给上游断路器切除故障。此外，它还根据辅助单元传送来的弧光传感器的动作信息和温度传感器测量的温度，提供弧光故障点的定位和温度报警信息。每个主单元可接入多个辅助单元。主单元中具有二进制I/0接口，供主单元之间交换过流和弧光传感器动作信息，以实现有选择性的切除母线故障。

2）辅助单元

每个辅助单元可接入若干个弧光传感器、1个便携式弧光传感器和1个温度传感器。当系统发生弧光故障时，辅助单元收集来自弧光传感器的动作信息并传送给主单元，在主单元上显示辅助单元和弧光传感器的地址编号，有利于及时检修和排除故障。辅助单元安装在开关柜中。

3.2.3电弧光保护保护范围及系统的特点

电弧光保护系统主要保护范围是分支母线故障。其对应的特点如下：

1）动作速度快

整套保护的动作时间短，可控制在5～7ms，远快于传统的母线保护方案，对开关柜各单元室的总切除时间为80～100ms，可控制在了100ms以内。

2）通过检测开关柜内部发生故障时产生弧光这一特点，结合过流闭锁这一原理，双判据原理简单、结构简单、动作可靠。

3）故障点定位，有利于快速处理故障和恢复供电。

4）断路器失灵保护，当主断路器拒动时发出跳闸指令跳上一级断路器，提高系统的安全性。

5）配置灵活、适应性强：通过交换弧光和过流动作信息，可对各段母线提供有选择性的保护，适用于各种运行方式。

3.2.4电弧光保护系统经济性分析

由于电弧光保护是个系统保护，需要由主单元、辅助单元、弧光传感器和温度传感器等多个部件有机组合后才能有效工作，其造价相当高。远高于相应的发变组保护的造价。且弧光保护目前仍为进口设备，未国产化。如果能加快国产化的进程，降低造价，对其推广和应用将更有利。

3.2.5电弧光保护系统实用性分析 （下转7页）

电弧光保护在国外有着较广的应用经验，国内目前也渐在一些大型机组的厂用分支母线开关柜中采用。