采用电弧光技术优化中低压母线保护

孙启国

摘   要：目前中低压母线系统仅通过上一级变压器的保护来切除母线短路故障，因而导致母线故障不能瞬时切除，甚至可能造成事故进一步扩大，已严重影响到电力系统的安全运行。在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线回路出线间隔较多，因经常频繁操作而机械磨损和绝缘老化，故母线的故障机率较高压母线高。需要采用电弧光技术进行优化中低压母线保护，保证电力系统的安全运行。

关键词：电弧光技术  优化  中低压母线保护

中图分类号：TM77                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（b）-0047-02

1  概述

在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线回路出线间隔较多，母线开关设备由于停送电投入、切除操作次数较多，因经常频繁操作而机械磨损和绝缘老化，故母线的故障机率较高压母线高。当母线发生三相、两相短路故障时，所产生的弧光短路会造成母线开关等设备损坏、人员损伤。

1.1 电弧光对设备造成的危害

在电力系统开关设备间隔内部发生短路故障时，故障短路电流很大，产生的电弧光会以280m/s以上的高速度向设备四周散开，产生爆炸，直接造成周围设备损坏，人员损伤，在故障点处电弧光中心温度可高达18000余℃，产生的高温可将附近铜母线烧融;进线、出线电缆烧毁，甚至电气开关设备发生爆炸现象，产生的短路电流对上一级变压器造成很大的冲击，甚至使上一级开关越级跳闸。

2  现有的中低压母线保护方案及存在的问题

2.1 采用母线差动保护方案

采用母线差动保护仅能将两侧电流互感器范围内进行保护，由于考虑到电流互感器安装位置的影响，不能保护到开关进线、出线电缆接头处，而电缆接头处最易发生短路故障，且连接接线比较复杂，投入成本较高。其保护动作时间约为15～20ms。已不能满足快速切除故障母线要求。

2.2 变压器后备过流保护方案

由于考虑到故障短路电流与进出馈线和母线分段开关的保护动作时间配合问题，保护动作时间约为1.1～1.8s。也不能满足快速切除中低压母线故障要求。

目前现有的保护方案因保护覆盖范围及保护动作时间已不能满足快速切除开关母线故障要求，为了解决因中低压母线发生故障机率较高、延迟切除故障导致故障扩大，造成的设备损坏、人员损伤问题，故采用电弧光技术优化中压母线保护系统。

3  新型电弧光母线保护系统

电弧光保护系统通过采用弧光检测、过电流检测进行逻辑判断，控制启动开关失灵保护，主要包括主控单元、电流单元、弧光传感器及弧光单元等部分组成。电弧光保护系统的保护主要有电弧光保护和開关失灵保护。

电弧光保护以每一个电流单元作为一个分组，弧光探头可以固定到任意一组，通过采集短路故障时产生电弧中的紫外光，当弧光单元把光信号从通过弧光传感器传输到主控单元，主控单元与电流单元、主弧光单元、弧光扩展单元之间采用单模通信光缆连接。主控单元通过弧光探头、弧光单元、弧光传感器采集弧光动作信息，电流单元进行采集检测电流，通过主控单元对所采集的信息进行分析判断处理，当主控单元过电流启动元件动作，电弧光保护发出动作信号，电流启动元件分为突变量启动元件和电流常量启动元件，两个元件取或逻辑;装置可选择弧光信号动作单判据作为动作逻辑判断。只有同时检测到弧光及过流时才发出指令，控制控制启动开关失灵保护去跳闸，同时主控单元和站内监控系统通信，可选配2路以太网或2路CAN网，通信规约可方便地接入站内综自系统。

3.1 开关失灵保护

开关失灵保护由弧光保护动作主控单元启动、发出信号指令，通过检测电流元件进行判断。接受指令后，通过继电器迅速使开关动作跳闸，切断故障母线。从检测到保护跳闸动作时间小于4ms，远小于传统的保护装置。

4  结语

随着电力系统用电负荷的增加，中低压母线出现短路故障的频率加大，它不仅影响企业的正常生产、居民的用电安全，还造成电力设备的损坏、人员伤亡，严重影响电力系统的安全运行。采用电弧光保护系统，具有保护动作时间短，结构原理简单、动作可靠迅速、适应于各种运行方式等优点，为用户提供了一个理想的中低压母线保护解决方案。

参考文献

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