淺析弧光保護(hù)裝置的應(yīng)用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：在我國(guó)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，電弧光保護(hù)系統(tǒng)裝置可以用在任何中低壓線路當(dāng)中，幫助短路問(wèn)題，并能快速免除故障，電弧光裝置通常放置在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，一旦柜內(nèi)出現(xiàn)弧光，就需要立即切除開(kāi)關(guān)電源，電弧光保護(hù)裝置發(fā)揮作用。本文將先介紹弧光裝置構(gòu)成，設(shè)計(jì)原理，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：弧光保護(hù)裝置；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用
1弧光保護(hù)裝置構(gòu)成
現(xiàn)階段，我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中用的多的是中壓系統(tǒng)，也就是35KV的電壓等級(jí)，而且使用的中置柜大多是封閉式的，由于電流比較大，在使用的時(shí)候容易出現(xiàn)故障，由于設(shè)備的安全距離與實(shí)際相比還存在差距，所以短路事故時(shí)有發(fā)生。有時(shí)柜內(nèi)母線也會(huì)發(fā)生故障，它發(fā)生故障的后果就是產(chǎn)生氣體，并能使開(kāi)關(guān)柜發(fā)生爆炸，這樣一來(lái)，電弧發(fā)生高溫現(xiàn)象，導(dǎo)致銅排、電纜線等燒毀，開(kāi)關(guān)設(shè)備振動(dòng)，有毒氣體、碎片等四處飛濺，造成人員傷亡。但在以往，對(duì)于中低壓母線系統(tǒng)的保護(hù)，并沒(méi)有專(zhuān)用母線保護(hù)裝置，所以只能用一些傳統(tǒng)的保護(hù)方法，比如說(shuō)用整定的方法，規(guī)定整定時(shí)間在1秒以上，但是這樣使用的時(shí)間較長(zhǎng)，電流大，甚至燒毀設(shè)備；如果使用電流差保護(hù)，雖然保護(hù)速度較快，但是所需成本較大，安裝較為困難，還容易受到其他裝置的影響，故障發(fā)生概率大，為了滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，需要保證變壓器和開(kāi)關(guān)的安全運(yùn)行，這就要用專(zhuān)用中低壓母線保護(hù)裝置，其中的系統(tǒng)就是電弧光裝置了，電弧光保護(hù)裝置是一種用于中低壓線路中的裝置，它可以在母線發(fā)生短路故障時(shí)迅速切斷電源開(kāi)關(guān)，免除故障，使設(shè)備免受其害。在開(kāi)關(guān)柜中設(shè)置電弧光保護(hù)裝置，可以判斷母線是否發(fā)生故障，并且在柜內(nèi)有弧光時(shí)，切斷開(kāi)關(guān)，將故障縮小到一定范圍之內(nèi)，盡量為企業(yè)減小經(jīng)濟(jì)損失。
電弧光保護(hù)裝置由幾大部分組成，其中包括弧光傳感器、傳輸光纖以及傳感器，電弧光保護(hù)裝置使用較為簡(jiǎn)便，可以就近選擇電流，也可以在任何地方接收到其他裝置的弧光信號(hào)，并在一定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)判斷、記錄數(shù)據(jù)以及人機(jī)交互功能，弧光傳感器的安裝位置需要在開(kāi)關(guān)柜中的室壁上，一旦發(fā)生故障，傳感器就會(huì)把檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給電弧光裝置，完成光電的正常轉(zhuǎn)換。其中的弧光傳感器是核心元件，它主要可以分為兩種，一種是帶式弧光傳感器，一種是點(diǎn)式弧光傳感器，由于兩種形式各不相同，所以應(yīng)用于不同的地方，帶式光纖傳感器主要應(yīng)用在狹窄的空間里，利用帶式檢測(cè)有疑點(diǎn)的位置，一整條都可以順利完成檢測(cè)工作，并能接收到弧光信號(hào)，所以操作簡(jiǎn)便，布置方便，但是效率較低，因?yàn)椴荒芏ㄎ?，而且在開(kāi)關(guān)柜數(shù)量較多時(shí)不宜使用；點(diǎn)式弧光傳感器主要應(yīng)用在電纜室與開(kāi)關(guān)室中，它比帶式弧光傳感器定位度更高，操作簡(jiǎn)便，但是由于呈點(diǎn)狀，所以在使用時(shí)需要將傳感器都連接起來(lái)使用，如果在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)操作，就具有一定難度。在使用弧光傳感器時(shí)，需要考慮開(kāi)關(guān)柜的絕緣性以及現(xiàn)場(chǎng)情況，可以使用塑料光纖作為傳播介質(zhì)，能夠起到采集光信號(hào)、過(guò)濾光源的作用，這一系列的轉(zhuǎn)換行為都在采集器中完成，有的也可以在傳感器內(nèi)部完成；在弧光傳感器內(nèi)部，存在主控單元，主控單元主要處理和分析來(lái)自弧光傳感器的信息與數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些信息快速判斷跳閘信號(hào)，并切除故障，根據(jù)傳感器的位置信息，主控單元可以判斷出故障點(diǎn)的位置，找準(zhǔn)定位，除了主控單元以外，還包括擴(kuò)展單元，擴(kuò)展單元是為了檢測(cè)出別的系統(tǒng)位置，還能夠擴(kuò)展傳感器的數(shù)量，另外，它還具有采集信息模塊，檢測(cè)母線電流的功能。保護(hù)裝置中的連接方式主要為光纖連接、電纜連接，主控單元與電流之間采用電纜連接，而弧光擴(kuò)展單元與主控單元之間采用光纖連接。而下屬的各單元之間分別可以采用聯(lián)合的方式連接，光纖與電纜混合連接，采用這樣的模塊式連接，弧光保護(hù)裝置可以用于不同的電力系統(tǒng)，既可以形成只有一個(gè)主單元的保護(hù)裝置，也可以形成多個(gè)單元組成的復(fù)雜系統(tǒng)。
2關(guān)鍵技術(shù)
就目前國(guó)內(nèi)廣東省使用的弧光傳感器中，有的為有源光傳感器，有的為無(wú)源光傳感器，有源光傳感器能夠在柜中就實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，通過(guò)電纜對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)男盘?hào)主要為弱信號(hào)，而且信號(hào)易受到周?chē)h(huán)境的影響，尤其是電磁的干擾，穩(wěn)定性減弱；而無(wú)源光傳感器的監(jiān)控范圍較小，且監(jiān)控效果差異較明顯，存在一些監(jiān)控不到的區(qū)域。以廣東某種無(wú)源光傳感器為例，它是一種基于工頻量變化的信號(hào)判斷依據(jù)，使用這種傳感器，不僅能夠提升電弧光的檢測(cè)依據(jù)，還能夠減輕外部環(huán)境對(duì)其的影響，在重負(fù)荷狀態(tài)下也能達(dá)到較高的靈敏度，當(dāng)電流量變化過(guò)大時(shí)，電信號(hào)能夠準(zhǔn)確判斷出數(shù)值，電信號(hào)與光信號(hào)一同組成電弧保護(hù)動(dòng)作。該種技術(shù)中的電弧光保護(hù)區(qū)域中所使用的是計(jì)算機(jī)編程技術(shù)，系統(tǒng)配置且靈活，人員能
夠清楚看到表現(xiàn)出來(lái)的信息，通過(guò)按點(diǎn)表現(xiàn)出來(lái)的保護(hù)區(qū)域，在各區(qū)域中都設(shè)立有監(jiān)控點(diǎn)，并且設(shè)立跳閘出口，這樣可以使保護(hù)操作具有靈，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)跳閘的情況迅速做出反應(yīng)，縮小故障范圍，該種配置方式可應(yīng)用于不同的接線方法，該種配置方式還具有弧光演變記錄功能，能夠連續(xù)記錄64個(gè)波段，尤其是二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息，即使是弧光傳感器的光強(qiáng)信號(hào)，也能夠及時(shí)記錄下來(lái)，有助于分析事故位置及其原因，判斷弧光的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
3弧光保護(hù)裝置應(yīng)用
3.1弧光保護(hù)系統(tǒng)
弧光保護(hù)系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)發(fā)展較為成熟的弧光保護(hù)裝置，這種系統(tǒng)主要是應(yīng)用紫外線技術(shù)將速度較快的跳閘問(wèn)題控制在4秒鐘以?xún)?nèi)，這樣可以在這時(shí)間內(nèi)及時(shí)作出反應(yīng)，從而起到保護(hù)開(kāi)關(guān)柜、母線以及各設(shè)備的作用，在柜中配有專(zhuān)門(mén)的母線室，母線上的隔離柜與PT柜都屬于母線系統(tǒng)，母線上的間隔中裝有弧光傳感器，電流可以直接通過(guò)擴(kuò)展器進(jìn)入主控單元，母線先按照各個(gè)區(qū)域劃分，它配置的探頭再直接深入主控單元，如果發(fā)生的故障處于母線保護(hù)的范圍之內(nèi)，那么在其中的弧光傳感器檢測(cè)到這個(gè)故障，通過(guò)弧光動(dòng)作表現(xiàn)出來(lái)，則主控單元就可以根據(jù)電流判斷出邏輯速跳低壓側(cè)開(kāi)關(guān)，弧光傳感器與主控單元之間具有聯(lián)系，通過(guò)光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)通信的，主控單元先根據(jù)不同的運(yùn)作方式將一些變現(xiàn)異常的電流狀態(tài)傳輸給弧光繼電器；如果故障發(fā)生在繼電保護(hù)開(kāi)關(guān)的范圍之外，那么就需要弧光傳感器直接產(chǎn)生作用，發(fā)生弧光，跳本開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)發(fā)生跳閘時(shí)，弧光繼電器發(fā)送故障狀態(tài)信號(hào)給主控單元；但是故障如果發(fā)生在斷路器的上方，那么弧光傳感器動(dòng)作后，不能直接切斷故障，當(dāng)主控單元收到弧光傳感器發(fā)出的信號(hào)后，零序電流又是滿足的情況，主控單元就可以根據(jù)邏輯實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，從而發(fā)揮保護(hù)作用。
3.2弧光保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)

7結(jié)語(yǔ)
總之，弧光保護(hù)裝置可用于中低壓電力系統(tǒng)中，在母線中裝設(shè)電弧光保護(hù)裝置尤其重要，因?yàn)樗梢匝杆僬覝?zhǔn)故障定位，切除故障，從而起到保護(hù)母線的作用，維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：
[1]楊曉芬.弧光保護(hù)裝置的應(yīng)用．
[2] 晉建廠.弧光保護(hù)裝置在船舶電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].電器與能效管理技術(shù),2015(6):34-36.
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5（版）.

作者簡(jiǎn)介：
程瑜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護(hù)及絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

審核編輯 黃宇