電弧光保護在中低壓開關(guān)柜和母線保護中的應(yīng)用

1、電弧光保護在中低壓開關(guān)柜和母線保護中的應(yīng)用2008年第26卷第2期內(nèi)蒙古電力技術(shù)INNERMONGOLIAELECTRICPOWER53電弧光保護在中低壓開關(guān)柜和母線保護中的應(yīng)用ApplicationofElectricArcProtectioninIntermediateandLowVoltageSwitchCabinetandBusBarProtections樊建軍.張景玉,李碩(1.烏海電業(yè)局,內(nèi)蒙古烏海016000;2.海勃灣發(fā)電廠,內(nèi)蒙古烏海016034)摘要分析了現(xiàn)有的中低壓母線保護方案及存在的問題,介紹了一種新型中低壓母線保護裝置電弧光保護的原理,特點及其在鳥海電網(wǎng)中的應(yīng)用情況.

2、該裝置的應(yīng)用,填補了鳥海電網(wǎng)中低壓母線沒有快速保護的空白,提高了系統(tǒng)安全運行水平.關(guān)鍵詞1中低壓母線保護;開關(guān)柜;電弧光保護;應(yīng)用分析f中圖分類號】TM77文獻標(biāo)識碼】B文章編號110086218(20o8)020o5303近幾年來,隨著烏海電力工業(yè)的快速發(fā)展,35kV中低壓開關(guān)柜的應(yīng)用數(shù)量越來越多,由于開關(guān)柜弧光短路故障引發(fā)的中低壓母線故障時有發(fā)生,并且也發(fā)生過主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故,經(jīng)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,烏海電業(yè)局在35kV開關(guān)柜裝設(shè)了專用快速母線保護電弧光保護.1裝設(shè)電弧光保護的必要性1.1開關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時間當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)部弧

3、光短路故障時,IEC298標(biāo)準附錄AA中規(guī)定的內(nèi)部燃弧時間是100ms,也就是說,開關(guān)柜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(yīng)小于100ms才能達到保護該開關(guān)柜的目的.目前市場上銷售的開關(guān)柜基本上是按照IEC298標(biāo)準生產(chǎn)的,也就是說,開關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時間為100ms.表1為國外對各種燃弧持續(xù)時間下進行試驗得出的對設(shè)備造成的損害程度.1.2變壓器動穩(wěn)定時間及中低壓母線保護動作時間的要求國標(biāo)規(guī)定的110kV及以上電壓等級的變壓器的熱穩(wěn)定允許時間為2S,動穩(wěn)定時間為0.25s.但表1不同燃弧持續(xù)時間下對設(shè)備造成的損壞電弧燃燒時間/ms設(shè)備損壞程度351o0500沒有

4、明顯的損壞,一般可以在檢驗絕緣電阻后投入使用.設(shè)備損壞較小,在開關(guān)柜再次投入運行以前僅需要進行清潔或可能的某些小的修理.設(shè)備損壞很嚴重,現(xiàn)場工作人員可能受到嚴重傷害,必須更換部分設(shè)備才可以再投入運行.實際上,在低壓側(cè)出口短路故障時過流后備保護切除動作時間往往在2S以上,距變壓器的動穩(wěn)定時間要求0.25S相差甚遠,這也是造成變壓器損壞的重要原因.1_3現(xiàn)有的中低壓母線保護方式及存在的問題1.3.1變壓器后備過流保護這是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的中低壓母線保護方式(烏海電業(yè)局也是應(yīng)用的這種保護方式).由于考慮到與饋線和母線分段開關(guān)的配合,保護跳閘時間一般整定為1.01.4S,有的甚至更長,達2.0S以上

5、.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(yīng)用較為廣泛,與變壓器后備過流保護方式相比其動作速度有了一定的提高,典型動作時問為300400ms.但對于要求100ms以內(nèi)切除故障的,顯然【收稿日期】20080325【作者簡介】樊建軍(1977一),男,內(nèi)蒙古人,畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué),在讀工程碩士,助理工程師,現(xiàn)從事電網(wǎng)調(diào)度工作.54內(nèi)蒙古電力技術(shù)2008年第26卷第2期不能滿足要求.1-3.3采用環(huán)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3560ms.考慮到斷路器的分閘時間,這一動作速度對

6、要求100ms以內(nèi)切除故障來說也慢.并且這種保護方式的接線復(fù)雜,對TA的質(zhì)量要求高,安裝在有很多出線的635kV母線上非常困難,也不經(jīng)濟.此外,由于其保護范圍受到TA安裝位置的限制,不能保護到發(fā)生故障幾率較高的電纜室電纜接頭處的故障.因此并不適合應(yīng)用于中低壓母線保護.從實際應(yīng)用情況來看.現(xiàn)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范圍的要求,因此,在中低壓母線和開關(guān)柜裝設(shè)一種快速的母線保護是必要的,也是迫切的.2VAMP221新型電弧光母線保護系統(tǒng)2.1VAMP221電弧光保護原理電弧光保護原理很簡單,主要動作依據(jù)為故障產(chǎn)生的兩個不同因素:弧光及電流增量.當(dāng)同時檢測到弧光和電流增量時發(fā)

7、出跳閘命令.也就是說,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時,弧光傳感器將弧光信號轉(zhuǎn)化為電信號,通過I/0輔助單元傳給主單元,主單元再通過檢測電流信號并且達到啟動值,即發(fā)出跳閘信號.保護原理見圖1所示.來自弧光傳感器廠_L>I斷塑Trio,塑1&路器l:l圖1電弧光保護原理示意圖2.2VAMP221電弧光保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)VAMP221電弧光保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,其主要部件組成如下.2.2.1主單元主單元包含有電流檢測和斷路器失靈保護,它通過檢測短路電流和來自弧光傳感器的動作信息,并對收集的數(shù)據(jù)進行處理,判斷,發(fā)出跳閘信號以切除故障.該系統(tǒng)在同時檢測到弧光和過流時發(fā)出跳閘指令.在進線斷路器

8、未能動作切除故障時,它將啟動斷路器失靈保護邏輯,發(fā)出跳閘指令給上級斷路器切除故障.此外,主單元根據(jù)輔助單元傳送來的弧圖2VAMP221電弧光保護系統(tǒng)組成框圖光傳感器的動作信息和溫度傳感器測量的溫度,提供弧光故障點的定位和溫度報警信息.2.2.2輔助單元輔助單元安裝在開關(guān)柜中,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光故障時,輔助單元收集來自弧光傳感器的動作信息并傳送給主單元,在主單元上顯示輔助單元和弧光傳感器的地址編號,有利于及時檢修和排除故障.2.2-3弧光傳感器弧光傳感器安裝在開關(guān)柜各間隔室中,可實現(xiàn)對由簡單到各種復(fù)雜接線中,低壓開關(guān)柜提供有選擇性的保護.弧光傳感器作為光感應(yīng)元件,將檢測在發(fā)生弧光故障時突然增加的光強

9、,并將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號傳送給輔助單元.2.2.4便攜式弧光傳感器其功能和性能與前述弧光傳感器相同,差別只是它可以在連接電纜允許的范圍內(nèi)隨意移動.它可以臨時連接到輔助單元上,通過安置在離工作地點較近的地方(比如掛在胸前口袋上)用于增強運行操作人員在帶電維修開關(guān)時的安全性.2.2.5溫度傳感器溫度傳感器可用于監(jiān)視開關(guān)柜內(nèi)部的關(guān)鍵部件(比如母線接頭)的溫度,在超過其整定值時主單元可發(fā)出報警信號.3VAMP221電弧光保護系統(tǒng)在五福變電站35kV母線保護中的應(yīng)用保護對象是該變電站的35kVI,II段母線.整套系統(tǒng)由主單元VAMP221,電流輔助單元VAM4C,輔助單元VAM10L,弧光傳感器VA1

10、DA和連接電纜組成,接線原理見圖3.在每個開關(guān)柜母線室內(nèi)安裝1個弧光傳感器,在母聯(lián)斷路器和母聯(lián)隔離車安2008年第26卷第2期內(nèi)蒙古電力技術(shù)55VAV段夔囊囊囊囊編TV曩囊囊囊囊rrV圖3烏海局五福變電站35kV弧光保護接線原理圖裝1個弧光傳感器,在母線橋加裝3個弧光傳感器,在TV柜內(nèi)安裝2個弧光傳感器,通過輔助單元VAM10L把采到的弧光信號傳送給主單元VAMP221.系統(tǒng)配置VAM4C用于提供過流判據(jù).主單元VAMP221和輔助單元VAM4C可安裝在進線柜上,輔助單元VAM10L可安裝在饋線柜上.具體配置方案為:35kVI,II段母線采用1套電弧光保護系統(tǒng).配置主單元VAMP2211臺,電

11、流輔助單元VAM4Cl臺,共有20面開關(guān)柜,需配置26個探頭式弧光傳感器,4個輔助單元VAM10L.當(dāng)弧光傳感器采集到弧光信號,主單元VAMP221或輔助單元VAM4C采集到進線過流信號時,將啟動跳閘繼電器跳開進線斷路器,同時將動作信號(硬接點)傳遞給后臺監(jiān)控系統(tǒng).系統(tǒng)擁有完善的自檢功能,能實時在線自檢,系統(tǒng)自檢告警信息可以在裝置上看到,也可通過主單元的告警繼電器送到后臺.當(dāng)任意一段母線出現(xiàn)故障時,都只會跳開該段母線的進線斷路器,其他段母線仍會正常運行在母聯(lián)開關(guān)運行時,跳開故障母線進線斷路器和母聯(lián)斷路器.其中弧光判據(jù)的啟動條件為:光強度超過8000lx,電流超過最大負荷電流.VAMP221電弧光保護從開始投入運行至今,系統(tǒng)運行狀況良好.其優(yōu)點為:(1)系統(tǒng)調(diào)試穩(wěn)定,實驗合格.保護正確動作率100%.(2)系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,未出現(xiàn)過誤動作現(xiàn)象,符合系統(tǒng)設(shè)計要求.(3)系統(tǒng)引進了芬蘭VAMP公司生產(chǎn)的弧光保護裝置,消化吸收好,原理簡單明了,易于掌握.(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,實現(xiàn)了與原有保護系統(tǒng)的無縫連接,很好地保證了該系統(tǒng)的可靠性和實用性4結(jié)語電弧光保護能快速切除中低壓母線故障,保證輸配電網(wǎng)的安全運行.目前,烏海電業(yè)局五福變電站,寶山變電站35kV母線已安裝了VAMP221電弧光保護,運行效果良好,并可作為參考,廣泛地應(yīng)用在其他中低壓母線上,發(fā)揮其應(yīng)有的作用.參考文獻