電弧光保護在中低壓開關櫃和母線保護中的應用

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。