近幾年來，随着電力工業的快速發展，35kV中低壓開關櫃的應用數量越來越多，由于開關櫃弧光短路故障引發的中低壓母線故障時有發生，并且也發生過主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故，經濟損失嚴重; 另一方面，用戶對供電的可靠性要求也越來越高: 因此，電業局在35kV開關櫃裝設了快速母線保護———電弧光保護。

1、裝設電弧光保護的必要性

1.1 開關櫃内部燃弧耐受時間

當開關櫃内部弧光短路故障時, IEC298 标準附錄AA 中規定的内部燃弧時間是100 ms, 也就是說,開關櫃可以承受的電弧燃燒時間, 即保護動作和斷路器切除故障的時間之和應小于100 ms 才能達到保護該開關櫃的目的。目前市場上銷售的開關櫃基本上是按照IEC298 标準生産的, 也就是說, 開關櫃可以承受的電弧燃燒時間為100 ms。表1 為國外對各種燃弧持續時間下進行試驗得出的對設備造成的損害程度。

1.2 變壓器動穩定時間及中低壓母線保護動作時間的要求

國标規定的110 kV 及以上電壓等級的變壓器的熱穩定允許時間為2 s, 動穩定時間為0.25 s。但實際上, 在低壓側出口短路故障時過流後備保護切除動作時間往往在2 s 以上, 距變壓器的動穩定時間要求0.25 s 相差甚遠, 這也是造成變壓器損壞的重要原因。

1.3 現有的中低壓母線保護方式及存在的問題

1.3.1 變壓器後備過流保護

這是目前國内應用廣泛的中低壓母線保護方式( 烏海電業局也是應用的這種保護方式) 。由于考慮到與饋線和母線分段開關的配合, 保護跳閘時間一般整定為1.0~1.4 s, 有的甚至更長, 達2.0 s 以上。這一動作時間遠遠不能滿足快速切除中低壓母線故障的要求。

1.3.2 饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護

近年來利用饋線過流元件閉鎖變壓器過流保護的應用較為廣泛, 與變壓器後備過流保護方式相比其動作速度有了一定的提高, 典型動作時間為300~400 ms。但對于要求100 ms 以内切除故障的, 顯然不能滿足要求。

1.3.3 采用環流原理的高阻抗母線保護

這種保護方式典型的保護動作時間為35~60ms。考慮到斷路器的分閘時間, 這一動作速度對要求100 ms 以内切除故障來說也慢。并且這種保護方式的接線複雜, 對TA 的質量要求高, 安裝在有很多出線的6~35 kV 母線上非常困難, 也不經濟。此外, 由于其保護範圍受到TA 安裝位置的限制, 不能保護到發生故障幾率較高的電纜室電纜接頭處的故障。因此并不适合應用于中低壓母線保護。從實際應用情況來看, 現有的保護方式顯然不能滿足快速切除母線故障或保護覆蓋範圍的要求,因此, 在中低壓母線和開關櫃裝設一種快速的母線保護是必要的, 也是迫切的。

2、新型電弧光母線保護系統

2.1電弧光保護原理

電弧光保護原理很簡單, 主要動作依據為故障産生的兩個不同因素: 弧光及電流增量。當同時檢測到弧光和電流增量時發出跳閘命令。也就是說, 當系統發生故障時, 弧光傳感器将弧光信号轉化為電信号, 通過I/O 輔助單元傳給主單元, 主單元再通過檢測電流信号并且達到啟動值, 即發出跳閘信号。電弧光保護能快速切除中低壓母線故障, 保證輸配電網的運行。目前, 電業局五福變電站、寶山變電站35 kV 母線已安裝了LKEAP 電弧光保護, 運行效果良好, 并可作為參考, 廣泛地應用在其他中低壓母線上, 發揮其應有的作用。

　　電力電纜具有供電可靠，适宜煤礦井下特殊環境而在礦山得到了廣泛應用。常用高壓電力電纜主要有紙絕緣繞包型、交聯聚乙烯絕緣擠包型及橡膠絕緣擠包型等。井下電纜運行環境相對比較惡劣，生産負荷不均勻性等綜合外界因素，緻使電纜容易發生故障，影響供電可靠。正确分析電纜故障産生的原因，了解電纜敷設環境，确切判斷出電纜故障性質，選擇合适的探測方法，快速、準确地判定出故障點，能夠提高供電可靠性，減少故障修複費用及停電損失。

　　1 電纜故障分析
　　1.1 故障原因
　　（1）機械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大比例。安裝時碰傷電纜、機械牽引力過大而拉傷電纜及過度彎曲而損傷電纜；直接受外力損壞以及自然現象造成的損傷，如車輛擠壓、岩石冒落砸傷、環境腐蝕等，易造成電纜本體故障。
　　（2）絕緣受潮主要是中間接頭、終端接頭安裝工藝不良造成密封失效而導緻潮氣侵入，破壞絕緣性能。
　　（3）絕緣老化變質電纜絕緣介質内部氣隙在電場作用下産生遊離使絕緣下降；過熱也會引起絕緣層老化變質造成絕緣下降。
　　（4）過電壓大氣過電壓與操作過電壓、故障暫态過電壓作用使電纜絕緣擊穿形成故障。
　　（5）設計和制造工藝不良中間接頭和終端接頭的防潮、電場分布設計不完善、材料選用不當、制作工藝不良、不按操作規程要求制作等，都會造成電纜頭絕緣故障。
　　（6）材料缺陷電纜本身絕緣層材料缺陷；包纏絕緣層過程中，絕緣層上出現褶皺、裂損、破口和重疊間隙等缺陷；電纜接頭附件制造缺陷，不符合規程或組裝時不密封等；對絕緣材料維護管理不善，造成電纜絕緣層受潮、髒污和老化。
　　1.2 故障性質
　　電纜故障從形式上可分為串聯與并聯故障。串聯故障指電纜一個或多個導體斷開；并聯故障是指導體對外絕緣層或導體之間的絕緣下降，不能承受正常運行電壓。現場實際故障形式有許多種組合，運行經驗統計，高壓電纜故障大部分是單相對地絕緣下降引起故障。電纜故障等效電路如圖1所示。
　　根據故障電阻Rf與擊穿間隙G,電纜故障性質分為開路、低阻、高阻與閃絡性故障。開路故障Rf≈∞，擊穿間隙G在直流或高壓脈沖作用下擊穿。低阻故障Rf一般小于100Ω，可用高壓脈沖擊穿；高阻故障絕緣電阻Rf一般大于400Ω，可用高壓脈沖擊穿。閃絡性故障絕緣電阻Rf≈∞，可用直流高壓或高壓脈沖擊穿。預防性試驗中發生的故障多屬閃絡性故障。現場還有一種封閉性故障，多發生于電纜接頭和電纜外護套無明顯破損痕迹的電纜本體，在某一試驗電壓下絕緣擊穿，待絕緣恢複，擊穿現象便消失，但不能維持正常運行電壓。
　　2 電纜故障探測
　　2.1故障探測步驟
　　電纜故障探測一般要經過判斷、測距、定點3個步驟。
　　（1）電纜故障性質判斷
　　應初步了解電纜敷設、故障及修複情況、故障發生地點及排除經過、電纜規格、絕緣方式、接頭形式、絕緣種類、接頭的精确位置、周圍環境情況以及運行、校驗情況，包括試驗電壓、時間、洩漏電流及絕緣電阻數值、曆史故障記錄等。這些情況對确定故障類型與嚴重程度是十分重要的。現場可根據故障發生時出現的各種信号指示、跳閘範圍等現象，初步判斷故障性質。利用兆歐表測量電纜絕緣電阻值，短路放電火花大小判斷絕緣狀況，用萬用表進行導通試驗，判定故障電阻是高阻還是低阻；閃絡性還是封閉性故障；是接地、短路、斷線，還是組合型故障；是單相、兩相還是三相故障。統計煤礦井下電纜故障情況，高阻及閃絡性故障占總數的95%之多，一般多為相間或相對地高阻或低阻故障，而洩漏性高阻為常見，且絕大多數故障集中表現在各種電纜頭上。
　　（2）電纜故障測距
　　根據電纜故障性質和電纜敷設狀況，現場常用行波法進行故障測距，即在電纜一端使用測試儀器确定故障距離。低阻、短路、斷路故障采用低壓脈沖反射法，通過觀察故障點反射脈沖與發射脈沖的時間差測距。通過識别反射脈沖的極性，判定故障的性質及計算故障點距離。斷路故障反射脈沖與發射脈沖極性相同，短路故障的反射脈沖與發射脈沖極性相反。高阻與閃絡性故障應用脈沖電壓法和脈沖電流法，使用測試儀器使電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信号作用下擊穿，儀器測試故障擊穿産生的脈沖信号，通過觀察放電電壓脈沖在觀察點與故障點之間往返一次的時間測距。脈沖電流法與脈沖電壓法區别在于：脈沖電流法是通過線性電流耦合器測量電纜故障擊穿時産生的電流脈沖信号；脈沖電壓法是通過電容、電阻、電感分壓器測量電壓脈沖信号，儀器與高壓回路有電的耦合。井下常用電壓脈沖法測試故障電纜，其接線原理如圖2所示。
　　該測試方法适用于洩漏性高阻故障及閃絡性高阻故障。圖中已充電的大容量電容器作為大功率直流電源，通過球隙擊穿短路将電壓加到故障電纜使故障點閃絡放電形成短路，球間隙擊穿後，由閃測儀記錄脈沖波形并進行複雜的數學處理，計算出故障點距離。根據電纜型号及故障性質，調節球間隙間距使電纜承受的高沖擊電壓為電纜耐壓值的3~5倍，使故障點充分放電。
　　（3）故障定點
　　電纜故障定點常用方法有沖擊放電聲測法、音頻感應法、聲磁同步檢測等。煤礦井下電纜裸露懸挂較多，現場采用沖擊放電聲測法定點比較直觀、簡單、方便。即利用閃測儀初步計算出故障點距離，判斷出故障點大概位置，利用故障點沖擊閃絡放電與球間隙擊穿放電同步的原理進行故障定點。故障點擊穿放電，産生較強的機械振動，便聽到“啪”“啪”聲音，利用這種現象在井下便可十分準确地進行故障定位。
　　2.2故障探測注意事項
　　（1）脈沖電壓法使用電阻、電容分壓器進行電壓取樣，與高壓回路有電氣連接，按照操作規程進行接線與拆線操作。裝置使用完畢拆線前一定要用放電棒進行充分放電。
　　（2）儲能電容對高頻行波信号呈短路狀态，應選用脈沖電容器，也可使用6 kV電力電容器，容量為1~4μF。
　　（3）嚴格按要求接線，高壓發生器接地線與電容出線連接在一起接電纜外皮，盡量縮短電容與電纜之間的連線，高壓設備、電容器外殼、電纜完好線芯一定要與接地網相連。
　　（4）調整球間隙，使通過球間隙加到電纜上的電壓超過故障點臨界擊穿電壓，故障點通過電弧短路擊穿，有利于提高故障點放電産生的地震波強度，便于查找故障點。
　　（5）球間隙放電時間間隔取2~6 s,放電太快，易損壞控制設備，太慢不易區别外界幹擾。
　　（6）沖擊放電時，若接地不良，可能在電纜護層與接地部分之間有放電現象而誤判斷，特别在電纜裸出部分的金屬部位，應仔細認真辨别真正故障點，故障點聲音較響，且還會有振動、并伴有局部溫升。
　　（7）輸出引線與端子、電纜芯線要可靠接觸，否則沖擊放電時産生電弧，影響測量效果。

　　國際上公認的高低壓電器的分界線交流是1kV（直流則為1500V）。為交流1kV以上為高壓電器，1kV及以下為低壓電器。高壓電器是在高壓線路中用來實現關合、開斷、保護、控制、調節、量測的設備。一般的高壓電器包括開關電器、量測電器和限流、限壓電器。但有時也把變壓器列入高壓電器西安高壓電器研究所是1958年在規劃的西安開關整流器廠試驗室基礎上由一機部批準成立的，因該所當時明确為西安建設中的開關、電瓷、電容、絕緣和變壓器廠開展研究開發、試驗服務，涉及開關、變壓器、保護電器、量測電器等，因此定名為高壓電器研究所，該名稱一直延續至今。

　　一、高壓開關設備術語
　　1. 高壓開關——額定電壓 1kV 及以上主要用于開斷和關合導電回路的電器。
　　2. 高壓開關設備——高壓開關與控制、測量、保護、調節裝置以及輔件、外殼和支持件等部件及其電氣和機械的聯結組成的總稱。
　　3. 戶内高壓開關設備——不具有防風、雨、雪、冰和濃霜等性能，适于安裝在建築場所内使用的高壓開關設備。
　　4. 戶外高壓開關設備——能承受風、雨、雪、污穢、凝露、冰和濃霜等作用，适于安裝在露天使用的高壓開關設備。
　　5. 金屬封閉開關設備；開關櫃——除進出線外，其餘完全被接地金屬外殼封閉的開關設備。
　　6. 铠裝式金屬封閉開關設備——主要組成部件 （ 例如斷路器、互感器、母線等 ） 分别裝在接地的金屬隔闆隔開的隔室中的金屬封閉開關設備。
　　7. 間隔或金屬封閉開關設備——與铠裝式金屬封閉開關設備一樣，其某些元件也分裝于單獨的隔室内，但具有一個或多個符合一定防護等級的非金屬隔闆。
　　8. 箱式金屬封閉開關設備——除铠裝式、間隔式金屬封閉開關設備以外的金屬封閉開關設備。
　　9. 充氣式金屬封閉開關設備——金屬封閉開關設備的隔室内具有下列壓力系統之一用來保護氣體壓力的一種金屬封閉開關設備。
　　a. 可控壓力系統； b. 封閉壓力系統； c. 密封壓力系統。
　　10. 絕緣封閉開關設備——除進出線外，其餘完全被絕緣外殼封閉的開關設備。
　　11. 組合電器——将兩種或兩種以上的高壓電器，按電力系統主接線要求組成一個有機的整體而名電器仍保持原規定功能的裝置。
　　12. 氣體絕緣金屬封閉開關設備——封閉式組合電器，至少有一部分采用高于大氣壓的氣體作為絕緣介質的金屬封閉開關設備。
　　13. 斷路器——能關合、承載、開斷運行回路正常電流、也能在規定時間内關合、承載及開斷規定的過載電流 （ 包括短路電流 ） 的開關設備。
　　14. 六氟化硫斷路器——觸頭在六氟化硫氣體中關合、開斷的斷路器。
　　15. 真空斷路器——觸頭在真空中關合、斷的斷路器。
　　16. 隔離開關——在分位置時，觸頭間符合規定要求的絕緣距離和明顯的斷開标志；在合位置時，能承載正常回路條件下的電流及規定時間内異常條件 （ 例如短路 ） 下的電流開關設備。
　　17. 接地開關——用于将回路接地的一種機械式開關裝置。在異常條件（如短路下，可在規定時間内承載規定的異常電流；在正常回路條件下，不要求承載電流。
　　18. 負荷開關——能在正常回路條件下關合、承載和開斷電流以及在規定的異常回路條件（如短路條件）下，在規定的時間内承載電流的開關裝置。
　　19. 接觸器——手動操作除外，隻一個休止位置，能關合、承載及開斷正常電流及規定的過載電流的開斷和關合裝置。
　　20. 熔斷器——當電流超規定值一定時間後，以它本身産生的熱量使熔化而開斷電路的開關裝置。
　　21. 限流式熔斷器——在規定電流範圍内動作時，以它本身所具備的功能将電流限制到低于預期電流峰值的一種熔斷器。
　　22. 噴射式熔斷器——由電弧能量産生氣體的噴射而熄滅電弧的熔斷器。
　　23. 跌落式熔斷器——動作後載熔件自動跌落，形成斷口的熔斷器。
　　24. 避雷器——一種限制過電壓的保護電器，它用來保護設備的絕緣，免受過電壓的危害。
　　25. 無間隙金屬氧化物避雷器——由非線性金屬氧化物電阻片串聯和 （ 或 ） 并聯組成且無 或串聯放電間隙的避雷器。
　　26. 複合外套無間隙金屬氧化物避雷器——由非線性金屬氧化物電阻片和相應的零部件組成且其外套為複合絕緣材料的無間隙避雷器。
　　二、特性參量術語
　　1. 額定電壓——在規定的使用和性能的條件下能連續運行的高電壓，并以它确定高壓開關設備的有關試驗條件。
　　2. 額定電流——在規定的正常使用和性能條件下，高壓開關設備主回路能夠連續承載的電流數值。
　　3. 額定頻率——在規定的正常使用和性能條件下能連續運行的電網頻率數值，并以它和額定電壓、額定電流确定高壓開關設備的有關試驗條件。
　　4. 額定電流開斷電流——在規定條件下，斷路器能保證正常開斷的大短路電流。
　　5. 額定短路關合電流——在額定電壓以及規定使用和性能條件下，開關能保證正常開斷的電大短路峰值電流。
　　6. 額定短時耐受電流 （ 額定熱穩定電流 ） ——在規定的使用和性能條件下，在确定的短時間内，開關在閉合位置所能承載的規定電流有效值。
　　7. 額定峰值耐受電流 （ 額定熱穩定電流 ） ——在規定的使用和性能條件下，開關在閉合位置所能耐受的額定短時耐受電流一個大半波的峰值電流。
　　8. 額定短路持續時間 （ 額定動穩定時間 ） ——開關在合位置所能承載額定短時耐受電流的時間間隔。
　　9. 溫升——開關設備通過電流時各部位的溫度與周圍空氣溫度的差值。
　　10. 功率因數 （ 回路的 ） ——開關設備開合試驗回路的等效回路，在工頻下的電阻與感抗之比，不包括負荷的阻抗。
　　11. 額定短時工頻耐受電壓——按規定的條件和時間進行試驗時，設備耐受的工頻電壓标準值（有效值）。
　　12. 額定操作（雷電）沖擊耐受電壓——在耐壓試驗時，設備絕緣能耐受的操作 （ 雷電 ） 沖擊電壓的标準值。
　　三、操作術語
　　1. 操作——動觸頭從一個位置轉換至另一個位置的動作過程。
　　2. 分（閘）操作——開關從台位置轉換到分位置的操作。
　　3. 合（閘）操作——開關從分位置轉換換到合位置的操作。
　　4. “合分”操作——開關合後，無任何有意就立即進行分的操作。
　　5. 操作循環——從一個位置轉換到另一個裝置再返回到初始位置的連續操作；如有多位置，則需通過所有的其他位置。
　　6. 操作順序——具有規定時間間隔和順序的一連串操作。
　　7. 自動重合（閘）操作——開關分後經預定時間自動再次合的操作順序。
　　8. 關合（接通）——用于建立回路通電狀态的合操作。
　　9. 開斷（分斷）——在通電狀态下，用于回路的分操作。
　　10. 自動重關合——在帶電狀态下的自動重合（閘）操作。
　　11. 開合——開斷和關合的總稱。
　　12. 短路開斷——對短路故障電流的開斷。
　　13. 短路關合——對短路故障電流的關合。
　　14. 近區故障開斷——對近區故障短路電流的開斷。
　　15. 觸頭開距——分位置時，開關的一各觸頭之間或具連接的任何導電部分之間的總間隙。
　　16. 行程觸頭的　——分、合操作中，開關動觸頭起始位置到任一位置的距離。
　　17. 超行程——合閘操作中，開關觸頭接觸後動觸頭繼續運動的距離。
　　18. 分閘速度——開關分（閘）過程中，動觸頭的運行速度。
　　19. 觸頭剛分速度——開關合（閘）運程中，動觸頭與靜觸頭的分離運動速度。
　　20. 合閘速度——開關合（閘）過程中，動觸頭的運動速度。
　　21. 觸頭剛合速度——開關合（閘）過程中，動觸頭與靜觸頭的接觸運動速度。
　　22. 開斷速度——開關在開斷過程中，動觸頭的運動的速度。
　　23. 關合速度——開關在開斷過程中，運觸頭的運動速度。

1、針對性強，保護到位

中性點接地電阻櫃适用于系統中性點采用小電阻或中電阻接地的場合。此時，電網出現單相接地故障時需立即跳閘切除故障線路。當電網出現單相接地時，接地電阻向接地點提供附加阻性電流，使接地電流呈阻容性質，從而保證産生的過電壓不超過2.6倍的相電壓。

2、結構緊湊，便于安裝

中性點接地電阻櫃将零散的Z型接地變壓器（如系統無中性點引出則需加裝）、電阻器、電流互感器、測量儀表、接地保護輸出端子等電器設備整體組合在一個封閉金屬櫃内，而且可以選配隔離開關，成套供貨，可靠性高，布置清晰整齊，便于安裝調試及操作維護。

3、選材考究，充分保證産品質量

中性點接地電阻櫃内的接地變壓器為幹式變壓器，其一次繞組為“Z”形接線；電阻器采用不鏽鋼合金、鎳鉻合金等材料制成，導電率高、通流能力強、耐高溫、高使用溫度可達1600℃；溫度系數≤ -0.045% /℃、阻值穩定、耐腐蝕、防燃防爆、可靠性高。

4、監測功能齊全，并提供模拟量輸出

中性點接地電阻櫃可配備電流互感器和智能控制器，正常時可監視中性點不平衡電流；出現單相接地故障時，可記錄動作次數；且可給保護和監控系統提供模拟量輸出；還可根據需要加裝避雷器。同時應用戶要求本設備可加裝測控保護裝置。