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電弧光保護(hù)裝置在6KV廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用與選型

更新時(shí)間:2022-11-07 瀏覽次數(shù):394

摘要:闡述弧光短路在配電網(wǎng)中的危害性,介紹弧光短路的發(fā)生機(jī)理及主要影響因素,指出電弧光保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)、構(gòu)成、作用以及電弧光保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用情況。應(yīng)用結(jié)果表明:電弧光保護(hù)裝置運(yùn)行可靠,模擬試驗(yàn)動(dòng)作正確。
關(guān)鍵詞:弧光短路;電孤光保護(hù);廠用電系統(tǒng)
0前言
       弧光短路是配電網(wǎng)中嚴(yán)重的故障。尤其是發(fā)生在中、低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部時(shí),由于電弧電阻原因,短路電流往往無(wú)法達(dá)到過(guò)流速斷整定值,因而不能動(dòng)作決速切斷故障,電弧持續(xù)燃燒釋放巨大能量,將造成開(kāi)關(guān)柜被嚴(yán)重?zé)龤У臑?zāi)難性后果。開(kāi)關(guān)柜的弧光短路故障,往往由于未得到及時(shí)消除,將發(fā)展為母線故障,其危害是非常嚴(yán)重的,可能造成發(fā)電廠廠用電瓦解、重要用戶停電,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致多組開(kāi)關(guān)柜同時(shí)燒毀的“火燒連營(yíng)"事故等。近年來(lái),因母線故障造成巨大短路電流沖擊導(dǎo)致變壓器損壞也不少見(jiàn),造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。
1弧光短路發(fā)生的機(jī)理及影響
1.1弧光放電發(fā)生的機(jī)理當(dāng)兩電間電壓升高時(shí),電近處空氣中的正負(fù)離子被電場(chǎng)加速,并在移動(dòng)過(guò)程中與其他空氣分子碰撞產(chǎn)生新的離子,這種離子大量增加的現(xiàn)象稱為電離。當(dāng)空氣被電離時(shí),溫度隨之急劇上升產(chǎn)生電弧,這種放電稱為弧光放電?;」夥烹娨话悴恍枰芨叩碾妷海瑢儆诘碗妷捍箅娏鞣烹?。
1.2中低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)發(fā)生弧光短路的主要因素
      (1)使用了性能不良的導(dǎo)電體。
      (2)絕緣損壞(包括老化、受潮、裂痕等)。
      (3)人體或其他物品意外接觸到帶電部位。
     (4)操作過(guò)程中的失誤或者設(shè)計(jì)、安裝錯(cuò)誤。
     (5)元件損壞,沒(méi)有良好的維修和保養(yǎng)設(shè)備。
      (6)過(guò)電壓。
1.3不同燃弧時(shí)間與設(shè)備損壞程度的關(guān)系
      根據(jù)搜集到的國(guó)外資料,不同燃弧時(shí)問(wèn)對(duì)設(shè)備造成的損壞程度如下:
       (1)35ms:沒(méi)有顯著的損壞,一般可在檢驗(yàn)絕緣電阻合格后投入使用;
      (2)1001TIS:損壞較小,在開(kāi)關(guān)柜再次投入運(yùn)行前需要進(jìn)行清潔或小修;
      (3)500Iris:設(shè)備損壞很嚴(yán)重,現(xiàn)場(chǎng)人員也受到嚴(yán)重傷害,更換部分設(shè)備才可再投入運(yùn)行。因此,切斷弧光短路故障的時(shí)間非常關(guān)鍵,只有速度更快的保護(hù)系統(tǒng)才能提供更有效的保護(hù),在弧光短路故障時(shí)保護(hù)人和設(shè)備的。 
2電弧光保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展及作用
2.1電弧光保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展
        近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)電力工業(yè)的高速發(fā)展,中、低壓開(kāi)關(guān)柜的應(yīng)用數(shù)量越來(lái)越多,因開(kāi)關(guān)柜弧光短路故障而引發(fā)的中、低壓母線故障日益增多。鑒于用戶對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高,國(guó)內(nèi)專家一直強(qiáng)調(diào)裝設(shè)專用中、低壓母線保護(hù)的重要性,用戶也希望能提供一種造價(jià)較低、原理簡(jiǎn)單、適用于6—35kV的母線保護(hù),以大地減少母線故障對(duì)設(shè)備及人員的危害,提高供電可靠性。在這種背景下,電弧光保護(hù)系統(tǒng)在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
2.2電弧光保護(hù)的作用
     (1)保護(hù)附近工作人員免受電弧短路故障造成的傷害。
     (2)保護(hù)中、低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備免受嚴(yán)重?fù)p壞,防止火災(zāi)事故的發(fā)生。
     (3)保護(hù)昂貴的主變壓器或廠用變壓器免受短路電流沖擊而損壞。
     (4)防止波及站用直流系統(tǒng),避免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
      (5)大地減少用戶的停電時(shí)間,將用戶的停電恢復(fù)時(shí)問(wèn)由原來(lái)的2天至3個(gè)星期減少到幾個(gè)小時(shí)。
      (6)延長(zhǎng)現(xiàn)有開(kāi)關(guān)設(shè)備的使用壽命,推遲更換開(kāi)關(guān)設(shè)備的時(shí)間。
3電弧光保護(hù)系統(tǒng)及其實(shí)際應(yīng)用
       某廠6kV開(kāi)關(guān)柜采用RIZNEREagleEye光電式電弧光保護(hù)系統(tǒng),其工作原理是:采用電弧光傳感器監(jiān)測(cè)電弧光信號(hào),配合過(guò)流判斷故障,其可控硅出口小于lms,快速繼電器出口小于8ms以及斷路器3560ms的跳閘時(shí)間,從而有效保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備。
3.1電弧光保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)
      (1)采用電弧光及過(guò)流雙判據(jù)原理。
      (2)連續(xù)的自我檢測(cè)。
      (3)采用光纖傳輸跳閘指令,可控硅高速出口和快速繼電器出口相結(jié)合,動(dòng)作時(shí)間小于8ms。
      (4)主輔元件分離,單系統(tǒng)可以保護(hù)256個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
      (5)輸入輸出均可編程,配置靈活,適合任何復(fù)雜工況。
      (6)顯示故障位置,便于故障處理,大地提高了供電恢復(fù)速度。
3.2電弧光保護(hù)系統(tǒng)的組成
       電弧光保護(hù)系統(tǒng)由1個(gè)電弧光主控單元、1個(gè)電源模塊、2個(gè)電流輔助單元、1個(gè)弧光單元和若干電弧光傳感器(按間隔量配置)組成。將電弧光傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜母線室內(nèi),確保母線室內(nèi)發(fā)生弧光短路故障時(shí)能探測(cè)到弧光。信號(hào)通過(guò)光纖和數(shù)據(jù)線傳輸?shù)街骺貑卧?,主控單元依?jù)設(shè)定邏輯,判斷是否發(fā)出跳閘指令?;」鈫卧惭b在某個(gè)選定的開(kāi)關(guān)柜中,選擇原則是保證該單元與主控單元和各個(gè)開(kāi)關(guān)柜里裝設(shè)的電弧光傳感器的連接線距離較短。
3.3電弧光保護(hù)的邏輯
       (1)6kV段任一開(kāi)關(guān)柜的母線室產(chǎn)生弧光(現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用手電筒光源模擬),主控單元都能發(fā)出光報(bào)警(綠燈變紅燈閃爍),并能顯示相應(yīng)正確的地址,但不發(fā)送跳閘信號(hào)。
       (2)6kV段工作電源進(jìn)線柜或備用電源進(jìn)線柜三相電流中的任何一相出現(xiàn)過(guò)流情況(現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用繼電保護(hù)測(cè)試儀給電流的方式模擬),主控單元都能發(fā)出過(guò)流報(bào)警(綠燈變紅燈閃爍),并能顯示相應(yīng)正確的地址,但不發(fā)送跳閘信號(hào)。
       (3)6kV段任一開(kāi)關(guān)柜的母線室產(chǎn)生弧光,同時(shí)工作電源進(jìn)線柜或備用電源進(jìn)線柜三相電流中的任一相出現(xiàn)過(guò)流情況(試驗(yàn)?zāi)M方法同上),主控單元都能發(fā)出光報(bào)警和過(guò)流報(bào)警,并能顯示相應(yīng)正確的地址,同時(shí)送出相應(yīng)的跳閘信號(hào)。
       (4)工作電源進(jìn)線柜任何一相給過(guò)流信號(hào)并同時(shí)在任一個(gè)弧光通道給弧光信號(hào)時(shí),主控單元發(fā)跳閘信號(hào)給工作電源進(jìn)線柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。
       (5)備用電源進(jìn)線柜任何一相給過(guò)流信號(hào)并同時(shí)在任一個(gè)弧光通道給弧光信號(hào)時(shí),主控單元發(fā)跳閘信號(hào)給備用電源進(jìn)線柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。
3.4電弧光保護(hù)實(shí)際應(yīng)用情況
        該廠機(jī)組6kV廠用電系統(tǒng)共有4段母線,每段母線均配有該電弧光保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)2010年投入運(yùn)行以來(lái),其6kV廠用電系統(tǒng)未發(fā)生過(guò)電弧光短路事故;但從機(jī)組大修時(shí)的檢測(cè)報(bào)告來(lái)看,電弧光保護(hù)裝置均能正確動(dòng)作。目前,該廠已將電弧光傳感器的檢查以及整套裝置的試驗(yàn)列為大修中停母線檢修的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目,以確保裝置能夠正常運(yùn)行。
4安科瑞弧光保護(hù)產(chǎn)品選型方案
4.1概述
       中低壓母線發(fā)生短路故障時(shí),所產(chǎn)生的電弧光對(duì)設(shè)備及人員會(huì)造成很大的傷害。在電力系統(tǒng)中,由于設(shè)備故障、人為地錯(cuò)誤操作或錯(cuò)誤接線、絕緣材料老化和機(jī)械磨損、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環(huán)境因素、電纜接頭制作不良、過(guò)電壓、其他原因如動(dòng)物鼠害等可能在開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)造成短路故障并產(chǎn)生電弧光。
        電弧光一旦產(chǎn)生,其危害程度取決于電弧光電流及切除時(shí)間,電弧產(chǎn)生的能量與12t成指數(shù)規(guī)律快速上升。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)間大于100ms,輕則設(shè)備局部燒損,重則造成柜爆炸以及人員傷亡,有的可能引發(fā)火災(zāi)。
        安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置外觀時(shí)尚、大屏幕液晶顯示,圖形化多語(yǔ)言菜單,操作快捷方便;具有強(qiáng)大的功能集成:集保、測(cè)量、控制、監(jiān)測(cè)、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能于一體,準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)弧光信號(hào),保護(hù)電流,適用于中低級(jí)電網(wǎng)的弧光故障迅速切除裝置。
4.2應(yīng)用場(chǎng)所
       適用于石油化工、數(shù)據(jù)、電網(wǎng)電廠、機(jī)場(chǎng)軌道交通、醫(yī)療公共設(shè)施等行業(yè)。
4.3安科瑞ARB5弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說(shuō)明
      ARB5系列弧光保護(hù)裝置由ARB5-M主控單元、ARB5-E擴(kuò)展單元、ARB5-S弧光探頭、等配件構(gòu)成。
 
       ARB5-M弧光主控單元
 
注:1、*表示可選附件。
2、主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。
3、弧光探頭到采集板的長(zhǎng)度不能超過(guò)20米。
4、如有特殊要求,請(qǐng)?zhí)貏e注明。
 
4.4安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)
 
4.5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝
 
        弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下:
 
 
5結(jié)束語(yǔ)
       現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展,配電網(wǎng)容量的逐漸增加,中低壓母線故障對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響越來(lái)越嚴(yán)重。它不僅使中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備嚴(yán)重?zé)龤?,造成“火燒連營(yíng)"事故;而且可能損壞昂貴的變壓器,造成十分嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,因此非常有必要安裝電弧光保護(hù)。此外,電弧光保護(hù)的應(yīng)用不能按照國(guó)外初設(shè)計(jì)模式,僅僅保護(hù)母線橋自身弧光短路,應(yīng)用實(shí)踐中要積改進(jìn),既作為中低壓母線保護(hù)又成為饋線側(cè)弧光短路的快速保護(hù)神。
 
參考文獻(xiàn)
[1]許震,丁鑫.電弧光保護(hù)及其在6kV廠用電系統(tǒng)的應(yīng)用[J].2016(3):18.
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.


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