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母線弧光保護(hù)在中低壓開關(guān)柜中的應(yīng)用

2022-08-25 [1116]

  安科瑞 鮑靜君

  摘要:電力成套設(shè)備快速發(fā)展的今天,設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。而隨著電力行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜化和深入性,使得中低壓成套開關(guān)設(shè)備發(fā)生故障的可能性也隨之變大。成套開關(guān)設(shè)備中母線故障產(chǎn)生的弧光將燒壞其他電器元件,從而導(dǎo)致事故擴(kuò)大,往往造成較大的經(jīng)濟(jì)損失,而母線弧光保護(hù)正好解決了這個難題,能夠很好的保護(hù)開關(guān)設(shè)備并降低損失。

  關(guān)鍵詞:中低壓開關(guān)柜;母線弧光保護(hù)

  0引言

  中低壓成套開關(guān)柜作為電能生產(chǎn)與分配的基礎(chǔ)設(shè)施之一,使用量逐年增加,并且使用場合的復(fù)雜性也在增加,使用遵循的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求也隨著社會的發(fā)展而提高。如何保證中低壓開關(guān)柜安全可靠運(yùn)行、降低電氣事故損失越來越多地受到重視。

  弧光放電事故是中低壓開關(guān)柜內(nèi)嚴(yán)重的事故之一,由于電弧電阻的原因,故障電流往往達(dá)不到保護(hù)定值而不能迅速切斷故障,或者弧光故障電流達(dá)到了保護(hù)啟動值,動作時間不能快速切斷故障。

  弧光放電不僅會造成停電事故,還會造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞和人身傷害事故,帶來不可估量的損失。

  1弧光故障事故危害

  弧光產(chǎn)生時溫度可達(dá)到4500℃,內(nèi)部溫度可達(dá)到10000~20000℃。弧光產(chǎn)生時瞬時功率可達(dá)到40MW,弧光光強(qiáng)可超過正常照明光強(qiáng)2000多倍。因此中低壓開關(guān)柜內(nèi)因故障而產(chǎn)生電弧時若不能及時采取合理措施,則會產(chǎn)生諸多危害。

 ?。?)對設(shè)備的危害:電弧發(fā)生時產(chǎn)生大量高溫高壓氣體,氣體瞬時沖擊波可造成開關(guān)柜體變形、破碎;沖擊波爆破震動可造成開關(guān)柜劇烈震動,使各連接處緊固件松脫;產(chǎn)生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化,甚至將開關(guān)柜外殼金屬融化、元器件嚴(yán)重?fù)p壞并引起火災(zāi)。

 ?。?)對人的危害:高溫灼傷皮膚;熔化的金屬蒸發(fā)并滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化;高強(qiáng)度弧光傷害眼睛,甚至造成角膜脫落;高溫燃燒產(chǎn)生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統(tǒng);弧光電流作用于人體可使肌肉產(chǎn)生非自主劇烈收縮,也可損傷肌腱、皮膚、血管、神經(jīng)組織等。

  電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數(shù)規(guī)律快速上升,其不僅與故障電流的大小有關(guān),還與燃弧時間有關(guān)。根據(jù)故障點(diǎn)的不同,通常情況下故障短路電流會在幾千安至幾十安,故障若不能及時切除以熄滅電弧,則會產(chǎn)生巨大能量??傊_關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障,不論是對開發(fā)設(shè)備還是對附近的工作人員,其危險性都很大。

圖1 電弧能量-時間曲線

  因此,很有必要引入快速切除弧光故障的保護(hù)系統(tǒng)。安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置通過弧光+電流雙重判據(jù)或弧光單判據(jù)啟動保護(hù),其弧光單判據(jù)動作時間≤7ms;弧光+電流雙判據(jù)動作時間≤20ms,為快速切除中低壓弧光故障提供了技術(shù)支持。

  2中低壓開關(guān)柜弧光保護(hù)必要性

  國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定,110kV及以上的電壓級別的變壓器的熱穩(wěn)定允許時間和動穩(wěn)定時間分別是2s和0.25s。一般,在低壓側(cè)出口出現(xiàn)短路故障時時間往往超過2s,不能滿足變壓器動穩(wěn)定時間要求,這樣就會導(dǎo)致變壓器損壞。

  為了解決開關(guān)柜弧光短路故障問題,可以采取一些常規(guī)性防護(hù)措施,比如加強(qiáng)開關(guān)柜的結(jié)構(gòu),設(shè)置釋放板和泄壓通道將氣流等輸出柜體。但此類措施會提高設(shè)備成本,對電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益帶來影響。

  弧光保護(hù)相比這些防護(hù)措施,可以從根本上限制故障電弧,從而解決開關(guān)柜弧光短路故障對工作人員和開關(guān)設(shè)備的影響和危害。一方面,可以在開關(guān)柜耐受燃弧時間內(nèi)采用中低壓母線保護(hù)快速切除故障;另一方面,能減少用戶停電時間,可盡快恢復(fù)生產(chǎn)。此外,對于使用年限很長需要進(jìn)行改造的開關(guān)柜,采用弧光保護(hù)可合理延長其使用壽命,從而減少對開關(guān)設(shè)備的投資費(fèi)用。

  3安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)

  安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置主要由ARB5-M主控單元、ARB5-S弧光探頭及光纖組成。

 ?。?)  ARB5-M主控單元特點(diǎn)

  1)啟動條件可選弧光單判據(jù)或弧光+電流雙判據(jù)。其中電流突變量啟動系數(shù)可整定范圍為0.05~10In,電流常量啟動系數(shù)可整定范圍為0.05~10In。

  2)11路可編程跳閘出口。

  3)4組3相電流采集。

  4)支持20路弧光探頭信號采集。

  5)弧光故障點(diǎn)定位。

  6)弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢。

  7)4組失靈保護(hù)。

  8)支持IEC61850,便于組建數(shù)字化智能變電站。

  (2)  ARB5-S弧光探頭特點(diǎn)

  1)自帶濾光功能。

  2)無源型弧光傳感器。

  3)探測角度≥180°。

圖2 ARB5-S弧光探頭探測角度

  4中低壓開關(guān)柜母線弧光保護(hù)的應(yīng)用

  安科瑞ARB5系列弧光保護(hù)裝置廣泛應(yīng)用于中低壓開關(guān)柜母線保護(hù)。

 ?。?) 某機(jī)場10kV開關(guān)柜母線弧光保護(hù)

圖3 某機(jī)場10kV開關(guān)柜ARB5弧光保護(hù)安裝圖

  (2) 某工廠0.4kV開關(guān)柜母線弧光保護(hù)

圖4 某工廠0.4kV開關(guān)柜ARB5弧光保護(hù)安裝圖

  5結(jié)語

  在電力系統(tǒng)運(yùn)行中,由于自身電容量等因素的限制,需要對中低壓開關(guān)柜與母線進(jìn)行合理地保護(hù),因此,需要從中低壓開關(guān)柜電弧光短路故障原因和現(xiàn)有的中低壓母線保護(hù)方案存在的問題進(jìn)行分析,明確故障問題帶了的嚴(yán)重危害,通過應(yīng)用弧光保護(hù),合理處理故障問題,從而更好地保護(hù)實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜與母線的保護(hù)。

  參考文獻(xiàn)

  [1].李鷹洲.電弧光保護(hù)系統(tǒng)在中低壓開關(guān)柜中的應(yīng)用

  [2].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版

  [3].AFBR-S10PS01XZ-DS100 – April 3, 2017


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