电弧光保护及其在6 kV厂用电系统的应用

许 震，丁 鑫

（国电谏壁发电厂，江苏 镇江 212006）



电弧光保护及其在6 kV厂用电系统的应用

许 震，丁 鑫

（国电谏壁发电厂，江苏 镇江 212006）

〔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；电弧光保护；厂用电系统

0　引言

众所周知，弧光短路是配电网中最严重的故障。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，因而不能动作快速切断故障，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

当两电极间电压升高时，电极最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。

(7)电网结构的改变(系统容量增大、电缆应用增多)。

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，不同燃弧时间对设备造成的损坏程度如下：

(1)35 ms：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)100 ms：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)500 ms：设备损坏很严重，现场人员也受到严重伤害，必须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安全。

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6-35 kV的母线保护，以最大限度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)最大限度地减少用户的停电时间，将用户的停电恢复时间由原来的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6 kV开关柜采用RIZNER-EagleEye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1 ms，快速继电器出口小于8 ms以及断路器35-60 ms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8 ms。

(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，极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)6 kV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)6 kV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)6 kV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6 kV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6 kV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。

许 震(1976-)，男，高级技师，主要从事发电厂百万机组的运行维护工作，email：xly030930@163.com。

丁 鑫(1981-)，男，工程师，主要从事发电厂机组的运行管理工作。

作者简介：

收稿日期：2015-11-12。