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新型配電弧光保護(hù)裝置的研究和應(yīng)用探討

更新時(shí)間:2024-10-14      點(diǎn)擊次數(shù):66

摘要:根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求,提出了通過光纖探頭采集配網(wǎng)開關(guān)柜故障時(shí)產(chǎn)生的弧光放電,再通過保護(hù)單元來實(shí)現(xiàn)快速的切除開關(guān)柜內(nèi)部故障這一切入點(diǎn),研究快速切除開關(guān)柜柜內(nèi)短路故障的新型配電弧光保護(hù)裝置,可以保護(hù)配網(wǎng)運(yùn)維人員人身和開關(guān)柜及柜內(nèi)設(shè)備的安全,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)柜體中因短路故障產(chǎn)生弧光時(shí),能夠做到快速判斷、切斷電源,減少停電范圍,提高供電效率,降低現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及維護(hù)工作量,縮短設(shè)備檢修及恢復(fù)供電時(shí)間,提高供電可靠性。

.       導(dǎo)言

長(zhǎng)期以來,人們對(duì)中低壓母線的保護(hù)一直不夠重視,沒有保護(hù)來快速切除配電站所內(nèi)部發(fā)生的故障,往往使故障發(fā)展擴(kuò)大造成開關(guān)設(shè)備被嚴(yán)重?zé)龤В械纳踔涟l(fā)展火燒連營(yíng)"的事故。同時(shí),變電站的變壓器由于遭受外部短路電流沖擊造成內(nèi)部損傷的事故也逐年增加,這些配網(wǎng)事故如果處理不當(dāng)易被擴(kuò)大發(fā)展為輸電網(wǎng)或變電設(shè)備事故,造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。究其原因大多是因?yàn)榕潆娬舅鶝]有裝設(shè)的中低壓母線保護(hù),不能快速切除故障造成的。所以,為了保證上級(jí)變電站主變及配網(wǎng)開關(guān)柜母線開關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行,根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求,迫切需要研發(fā)快速切除配電開關(guān)柜柜內(nèi)故障的快速保護(hù)技術(shù)。

.       研究?jī)?nèi)容

2.1總體思路

為有效減少電弧損傷,國(guó)外對(duì)各種燃弧持續(xù)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)并得出對(duì)設(shè)備造成的損害程度,開關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時(shí)間100ms,電弧光產(chǎn)生后,其危害程度取決于電弧電流及切除時(shí)間,電弧產(chǎn)生的能量I2t成指數(shù)規(guī)律快速上升。由于弧光故障在斷路器動(dòng)作前,故障短路電弧是一直在燃燒的,只有在短時(shí)間內(nèi)切除故障才能使設(shè)備不遭受損害。若總切除時(shí)間大100ms,輕則設(shè)備局部燒損,重則造成開關(guān)柜爆炸以及人員傷亡。

目前,國(guó)內(nèi)尚無用于配電開關(guān)柜母線的保護(hù)裝置,而用于變電站中、低壓母線的保護(hù)主要有三種,一種為變壓器后備過流保護(hù),典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)1.2s2.0s;一種為采用饋線過流保護(hù)閉鎖變壓器過流保護(hù),典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間300ms500ms;另一種為采用環(huán)流原理的高阻抗母線差動(dòng)保護(hù),典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間30ms50ms,考慮到斷路器的分閘時(shí)間,切除故障時(shí)間大100ms。均不滿足小100ms的工作要求。

從實(shí)際應(yīng)用情況來看,現(xiàn)有的保護(hù)方案是顯然不能滿足快速切除母線故障或保護(hù)覆蓋范圍要求的,變壓器后備過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間過長(zhǎng),不能起到有效的保護(hù)作用,高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)范圍CT安裝位置的限制,接線復(fù)雜CT要求高,不能保護(hù)到發(fā)生故障幾率較高的電纜室電纜接頭處的故障,且總體造價(jià)昂貴。迫切需要采用一種新型中壓母線保護(hù)系統(tǒng),以解決目前實(shí)際運(yùn)行中由于中低壓母線發(fā)生故障幾率較高、延遲切除故障導(dǎo)致故障發(fā)展、擴(kuò)大,從而造成的巨大的經(jīng)濟(jì)損失的問題。

配電弧光保護(hù)裝置圓滿的解決了這一問題,該裝置根據(jù)檢測(cè)到的電弧光信號(hào),在短時(shí)間內(nèi)<7ms保護(hù)動(dòng)作出口)即可切除母線(及饋線)故障,可有效防35kV10kV母線和斷路器故障引起主變壓器損壞事故的發(fā)生,保障設(shè)備及人員安全,降低損失,現(xiàn)已應(yīng)用于電力相關(guān)行業(yè)。

2.2裝置構(gòu)成

配電弧光保護(hù)裝置是一種快速可靠的中低壓母線保護(hù)裝置,它采用檢測(cè)弧光和過流雙判據(jù)原理,具有原理簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠迅速、對(duì)變電站一次設(shè)備無特殊要求、適應(yīng)于各種運(yùn)行方式、且在各種運(yùn)行方式下保護(hù)不需要切換等優(yōu)點(diǎn),為目前發(fā)電廠、變電站、工業(yè)及商業(yè)配電系統(tǒng)380V35kV中低壓母線保護(hù)理想的解決方案。配電弧光保護(hù)裝置是在長(zhǎng)期電氣自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的基礎(chǔ)上,吸收國(guó)外技術(shù)理念研制的新一代智能型弧光保護(hù)產(chǎn)品。主要包括弧光保護(hù)主單元、弧光采集單元、饋線保護(hù)和弧光傳感器等四個(gè)單元,分別介紹如下2.2.1弧光保護(hù)主單元

主單元包含有電流檢測(cè)和斷路器失靈保護(hù),它通過檢測(cè)短路電流和來自弧光傳感器的動(dòng)作信息,并對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷,發(fā)出跳閘信號(hào)以切除故障。該裝置只要在同時(shí)檢測(cè)到弧光和過流時(shí)才發(fā)出跳閘指令。在進(jìn)線斷路器未能動(dòng)作切除故障時(shí),它將啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)邏輯,發(fā)出跳閘指令給上游斷路器切除故障。此外,主單元根據(jù)采集單元傳送來的弧光傳感器的動(dòng)作信息,提供弧光故障點(diǎn)的定位及報(bào)警信息。主單元接入若干弧光采集單元,并且可以支RS485、以太網(wǎng)等多種接口方式,支Profibus、ModBusCAN、IEC103IEC104等多種通訊規(guī)約。

2.2.2弧光采集單元

每個(gè)采集單元可接8個(gè)弧光傳感器。采集單元的地址通過面板進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光故障時(shí),采集單元收集來自弧光傳感器的動(dòng)作信息并傳送給主單元,在主單元上顯示采集單元和弧光傳感器的地址編號(hào),有利于及時(shí)檢修和排除故障。

2.2.3饋線采集單元

該單元作為饋線型弧光保護(hù)的單元獨(dú)立使用,每個(gè)單元可提3個(gè)弧光采集輸入,采用探頭方式采集弧光,當(dāng)饋線柜中發(fā)生弧光時(shí)跳開該饋線柜中的斷路器。

2.2.4弧光傳感器

弧光傳感器安裝在開關(guān)柜各間隔室中,可實(shí)現(xiàn)對(duì)由簡(jiǎn)單到各種復(fù)雜接線中、低壓開關(guān)柜提供有選擇性的保護(hù)。弧光傳感器作為光感應(yīng)元件,將檢測(cè)在發(fā)生弧光故障時(shí)突然增加的光強(qiáng),并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)傳送給采集單元。

2.3裝置功能

配電弧光保護(hù)裝置是一種快速可靠的中低壓母線保護(hù)裝置,它采用檢測(cè)弧光和過流雙判據(jù)原理,具有原理簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠迅速、對(duì)配電站一次設(shè)備無特殊要求、適應(yīng)于各種運(yùn)行方式、且在各種運(yùn)行方式下保護(hù)不需要切換等優(yōu)點(diǎn),為目前電力系統(tǒng)380V35kV中低壓母線保護(hù)提供了理想的解決方案,實(shí)現(xiàn)了對(duì)配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備的弧光故障的監(jiān)測(cè)與保護(hù),保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行;有效的增強(qiáng)了對(duì)變壓器、配電開關(guān)柜等設(shè)備的防護(hù)措施,消除了弧光產(chǎn)生故障可能對(duì)設(shè)備和人身產(chǎn)生的安全隱患:

1)全數(shù)字化設(shè)計(jì),整定參數(shù)時(shí)無需撥碼開關(guān)及電位器等機(jī)械元件,精度高,無振動(dòng)、磨損等隱患。

2)弧光信號(hào)可在采集單元之間串行傳輸,從而使監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量可任意增加,且大大減少了傳輸光纖的成本。

3)動(dòng)作判據(jù)可設(shè),動(dòng)作判據(jù)可設(shè)置為弧光加電流或僅弧光。

4)弧光探330度大角度采集弧光信號(hào),保證動(dòng)作的準(zhǔn)確性和可靠性。

5)定時(shí)發(fā)送光秒脈沖信號(hào),檢測(cè)光纖回路是否有破損及斷開等故障隱患。

3.應(yīng)用情況

基于該研究成果,在石家莊奧北公元小區(qū)開閉所安裝14套配電弧光保護(hù)裝置,目前該配電弧光保護(hù)裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠。配電站開關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)的投入使用,消除了弧光產(chǎn)生故障可能對(duì)設(shè)備和人身產(chǎn)生的安全隱患,保護(hù)運(yùn)維人員人身和開關(guān)柜及柜內(nèi)設(shè)備的安全,可實(shí)現(xiàn)快速切除開關(guān)柜本體故障,能在開關(guān)柜耐受燃弧時(shí)間以內(nèi)切除故障,從根本上限制故障電弧,將大限度地限制弧光故障對(duì)開關(guān)設(shè)備的損壞,并降低對(duì)配網(wǎng)運(yùn)維人員的傷害。限制開關(guān)設(shè)備的損壞,即阻斷了故障發(fā)展的可能性,從而可避免上級(jí)變電站主變壓器長(zhǎng)時(shí)間遭受短路電流的沖擊而損壞。配電弧光保護(hù)裝置有效的限制了弧光短路故障損壞開關(guān)設(shè)備及上級(jí)變壓器,為電力企業(yè)節(jié)省了對(duì)設(shè)備的大量維護(hù)費(fèi)用,各方面提升生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)水平,達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

4.安科 ARB5系列弧光保護(hù)的原理及系統(tǒng)組成

弧光保護(hù)裝置通過弧+電流突變量雙重判據(jù)或弧光單判據(jù)啟動(dòng)保護(hù),其動(dòng)作時(shí)間為

弧光單判據(jù)動(dòng)作時(shí)7ms;

+電流雙判據(jù)時(shí)20ms。

img1 

ARB5系列弧光保護(hù)裝置ARB5-M主控單元ARB5-E擴(kuò)展單元、ARB5-S弧光探頭、弧光光纖以及尾纖等配件構(gòu)成。

型號(hào)

主要功能

技術(shù)參數(shù)

ARB5-M弧光保護(hù)主控單元

img2 

8組弧光保護(hù)

可選4塊采集板,1塊采集板可采5路探頭,共支20路弧光探頭直接采集。

亦可選4塊主控板(即可接4臺(tái)ARB5-E擴(kuò)展單元1塊主控板可接6塊采集板的探頭,共支120路弧光探頭采集。

4組失靈保護(hù)

4組電流回TA監(jiān)測(cè)

4組三相電流采集

11路可編程跳閘出口

非電量保護(hù)

裝置故障告警

2RS485

2路以太網(wǎng)

1路打印接口

1IRIG-B碼對(duì)時(shí)接口

IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103

GOOSE輸入輸出(選配)

img3ARB5-E弧光保護(hù)擴(kuò)展單元

弧光信號(hào)采集

可選6塊采集板,1塊采集板可采5路探頭,共支30路弧光探頭直接采集。

模擬狀態(tài)傳輸

需要配ARB5-M主控單元使用

img4ARB5-S弧光探頭

弧光信號(hào)監(jiān)測(cè)

點(diǎn)式弧光傳感器,可安裝于母線室、電纜室或斷路器室。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及工程服務(wù)費(fèi)

 

視項(xiàng)目情況核價(jià)

5.結(jié)語

配電弧光保護(hù)裝置為中低壓母線提供了一個(gè)理想的防護(hù)解決方案,可以保護(hù)運(yùn)維人員人身和開關(guān)柜及柜內(nèi)設(shè)備的安全,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)柜體中產(chǎn)生弧光時(shí),能夠做到快速判斷、切斷電源,減少停電范圍,保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,有效的增強(qiáng)了對(duì)變壓器、配電開關(guān)柜等設(shè)備的防護(hù)措施,提升了安全生產(chǎn)管理水平,具備良好的應(yīng)用效果和推廣前景。

參考文獻(xiàn):

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[5]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方2021.10


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