ABB REA弧光保护系统在中低压开关柜和母线中的应用

郑建飞

（国电南京自动化股份有限公司，南京 210032）

ABB REA弧光保护系统在中低压开关柜和母线中的应用

郑建飞

（国电南京自动化股份有限公司，南京 210032）

介绍了中低压开关柜内弧光的危害，论述了ABB REA弧光保护系统的特点。以110 kV变电所为例，分析比较了各种防护方案的应用效果，得出弧光保护是其最佳保护方案的结论。

弧光故障；中低压开关柜，弧光保护系统；应用效果

1 问题的提出

对于电力系统来说，运行安全是头等大事。中低压开关柜内长期受弧光故障的困扰，其危害主要表现为对现场工作人员的伤害和对开关设备及邻近配电设备的损害。弧光故障所释放的巨大能量产生的高温、高压和各种电弧效应会给附近的工作人员带来严重伤害，而弧光短路产生的巨大短路电流也会对变压器造成冲击而使其绝缘损坏、寿命缩短，甚至烧毁，更危险的是，它还可能波及站用直流系统而发展成系统性故障，带来更大的经济损失。

弧光故障产生的原因很多，主要分为元器件故障（或绝缘故障）、载流回路不良、外来物体及小动物侵入等意外事故或者误操作。弧光保护的防护措施可分为一次设备防护和二次保护防护。提高开关柜的结构强度、密封隔离各单元室、设置释放板和泄压通道等属于一次设备防护措施，能在一定程度上减少损坏程度，但这一措施属于故障事后消极补救措施，而提高开关柜结构强度及制造工艺要求，需要加大资金投入。相对而言，二次防护是一种积极防护手段，当开关柜内发生弧光故障时，通过保护动作快速切断故障电流，打开故障开关柜断路器，从而实现快速灭弧，在耐受燃弧时间内切除故障，限制开关设备的损坏，阻断故障发展的可能性，以避免更大的损失。在国内电力系统中，常用过流保护来应对开关柜内的弧光故障，但其故障切除时间较长。国外有人曾提出一种利用馈线过流闭锁进线速断保护的闭锁式保护方案，它与过流保护方案相比，保护的动作速度有了一定的提高，动作时间为200～300 ms［1］，而开关柜额定耐受电弧时间只有100ms［2］，显然不理想。美国及欧洲诸国通过50多年的研究，形成了ABB，VAMP，TYSEN-KLD等从事弧光保护的专业厂商，推广专业的弧光保护系统，成为弧光故障二次保护的最佳方案，ABB REA系列弧光保护就是其中的佼佼者。

2 ABB REA弧光保护系统

当开关柜内发生弧光故障时，有一部分电流会击穿空气产生强烈的可见光（弧光）、声波和压力波，甚至是红外线、紫外线或无线电频率的辐射等，ABB REA系列弧光保护的功能就是检测其中的可见光。当开关柜中出现弧光故障时，感光光纤组成的可延伸弧光传感器可快速检测到弧光，系统同时会检测到过流。当2个条件同时满足时，ABB REA弧光保护系统会迅速发出跳闸命令，快速跳开故障开关，迅速切断故障电流，从而达到迅速灭弧之目的，弧光与过电流双判据是该保护系统的重要特点。

ABB REA弧光保护系统由下列保护单元组成。

（1）REA 101型单元为弧光保护系统的主保护单元。

（2）REA 103型单元为弧光保护系统扩展及保护范围分段模块（扩展单元）。

（3）REA 105型单元为弧光保护系统扩展及高速可选跳闸单元（扩展单元）。

（4）REA 107型单元包含1～8个探头光传感器的扩展单元（扩展单元）。

REA系列弧光保护各单元还有其各自的先进特性，具体特点如下。

（1）REA101型主保护单元具有可靠跳闸的特性。它的动作极快且可调节，能对三相过电流进行测量；它拥有2个高速固态出口继电器，可直接用于断路器跳闸回路且能独立使用；可通过2个RJ-45端口与1个或多个REA扩展单元连接；2个支持快速信号（跳闸，弧光，过流）的光缆连接器用于主单元REA101之间的信号传输，支持远距离传输；通过固态出口继电器可实现断路器失灵保护。

伊恩·罗兰的悲壮牺牲几乎使斯通的探险计划成为泡影。一个队员护送伊恩的尸体回苏格兰。其余的队员都愤怒地指责斯通，说他作为队长，对洞穴着了迷，工作热心得过了头。一时间，探察队里人们的关系紧张起来。幸好经过会议表决后，剩下的队员都同意留下，但他们要求摄影师韦斯·史基尔斯把洞穴已知部分用文字记录下来。

（2）REA103型扩展单元具有2路传感器输入，可同时监测两段母线的弧光故障；每路传感器各包含2个报警信号，可分别报警指示；2个RJ-45端口用于与REA101继电器及其扩展单元的连接。

（3）REA105型扩展单元具有一路光纤型传感器的输入，可以和主单元配合使用；2个高速固态出口继电器可直接用于断路器的跳闸回路，还可对某一条重要线路单独监测；除了重载跳闸出口外，它还包含1个报警出口，可以连接至监控系统作为报警输入；3个RJ-45端口用于与1个或2个主保护单元及其扩展单元的连接；可作为2个REA101型主单元的通信连接单元；也可以独立跳闸或由REA101型主单元重置。

（4）REA107型扩展单元具有8路探头型传感器的输入，可单独对8个开关柜进行弧光监测，且相互独立，不会因一个传感器的故障而影响其他传感器的正常监测。该扩展单元每路传感器输入均有独立的弧光信号指示灯，用于指示8个探头所监测的开关柜的弧光状况。该扩展单元包含2个报警输出信号，可以连接至监控系统；2个RJ-45端口用于与1个或2个主保护单元及其扩展单元的连接。

3 应用方案

近年来，ABB REA弧光保护系统在国内电力系统中也有不少成功范例，下面以一个典型的110 kV变电所的实际应用为实例，详细介绍ABB REA弧光保护系统。

图1为一个典型的110 kV变电所一次主接线图，包含3回10 kV进线、3段母线及2个母联；I段母线有6回10 kV出线，II段母线有6回10 kV出线，III段母线有9回10 kV出线。

图1 一次主接线图

设计要求弧光保护的目标是能够保护所有进线柜、10 kV三段母线、所有的10 kV出线柜、母联柜和10 kV一次母排，同时还要对开关室内的断路器弧光故障进行保护。对应上述要求，按弧光保护系统配置的标准（如图2所示）进行配置。

图2 弧光保护系统配置图

（1）在每回进线安装1台主控装置REA101型单元，3回进线合计共有3套REA101型单元。

（2）配置REA101（M1）型单元用于进行I段进线柜和母线弧光故障的监测，M1重载出口HSO1负责跳进线开关Q2，M1重载出口HSO2负责跳进线开关Q1（可操作跳底压侧进线开关Q2带延时后跳进线高压侧开关Q1或不带延时）。

（3）配置REA101（M2）型单元用于进行II段进线柜和母线弧光故障的监测，M2重载出口HSO1负责跳进线开关Q5，M2重载出口HSO2负责跳进线开关Q4（可操作跳底压侧进线开关Q5带延时后跳进线高压侧开关Q4或不带延时）。

（4）配置REA101（M3）型单元用于进行III段进线柜和母线弧光故障的监测，M3重载出口HSO1负责跳进线开关Q8，M3重载出口HSO2负责跳进线开关Q7（可操作跳底压侧进线开关Q6带延时后跳进线高压侧开关Q7或不带延时）。

（5）在母段II则安装REA103型单元用于II段母线上10 kV出线柜弧光故障的监测，而在母联I，III段上则分别安装REA105型单元，用于进行I，III段部分出线柜和母联弧光故障的监测。

（6）每台装置都有接口通过数据电缆互联进行装置之间的数据互通。

弧光保护系统设备清单见表1。

表1 弧光保护系统设备清单

4 结论

弧光故障所带来的危害广为人知，也得到了国内电网设计及运营公司的重视，云南电网公司为此专门下发过文件，强调加装弧光保护的重要性。本文所介绍的ABB REA弧光保护系统在110 kV变电所的应用经验，可为其他遇到同类问题的有关单位提供借鉴和参考。

［1］贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理［M］.北京：中国电力出版社，1994.

（本文责编：王书平）

TM 564

：B

：1674-1951（2015）02-0027-03

郑建飞（1977—），男，浙江武义人，工程师，从事电力综合自动化系统方面的研究工作（E-mail：afare＠163.com）。

2014-02-18；

2014-10-14