基于新型母線保護(hù)-母線電弧光保護(hù)的詳細(xì)解析

關(guān)于母線保護(hù)，在前面兩期（母線保護(hù)一、母線保護(hù)二）中主要介紹了母差保護(hù)，本期再介紹另一種新型母線保護(hù)-母線電弧光保護(hù)，電弧光保護(hù)主要用于35kV、10kV及6kV等中低壓等級(jí)的母線上。

弧光保護(hù)是最近幾年隨著光電技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型保護(hù)，傳統(tǒng)保護(hù)主要以電壓、電流、阻抗、功率等電氣量為保護(hù)判據(jù)，電弧光保護(hù)是以電流和弧光為主要判據(jù)，與傳統(tǒng)保護(hù)相比增加了弧光（光強(qiáng)）這一判據(jù)。

下面簡(jiǎn)要介紹一下國(guó)內(nèi)外中低壓專用母線保護(hù)的應(yīng)用情況。

在國(guó)外，由于各國(guó)政府對(duì)中低壓母線保護(hù)的重視，已在規(guī)程中規(guī)定中低壓母線必須安裝專用的母線保護(hù)，歐洲、北美、俄羅斯及英聯(lián)邦諸國(guó)中壓開關(guān)配置各種專用母線保護(hù)的比率已超過95%。

國(guó)內(nèi)中低壓母線一般不配置專用的快速母線保護(hù)，但這也符合國(guó)標(biāo)《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50062－92)及現(xiàn)行的電力行業(yè)規(guī)程規(guī)范要求。既然國(guó)內(nèi)中低壓母線不設(shè)專用母線保護(hù)，那中低壓母線的保護(hù)是通過何種方式實(shí)現(xiàn)的呢？解決這個(gè)問題主要通過下面三種方式實(shí)現(xiàn)：

①變壓器后備過流保護(hù)，典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為1.2s～2.0s；

②采用饋線速斷保護(hù)閉鎖的變壓器后備過流保護(hù)，典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.3s～0.5s；

③與110kV以上電壓等級(jí)母線一樣，配置母線差動(dòng)保護(hù)，典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為15ms；

這三種保護(hù)的缺點(diǎn)也比較明顯，①和②兩種保護(hù)對(duì)總切除時(shí)間小于100ms的要求來講，時(shí)間太長(zhǎng)，等到故障切除，大部分設(shè)備已經(jīng)損壞無法使用。電弧光故障的危害程度取決于電弧光電流的大小及切除時(shí)間長(zhǎng)短，電弧光產(chǎn)生的能量與切除時(shí)間T成指數(shù)規(guī)律快速上升如下圖所示：

要保證設(shè)備不受結(jié)構(gòu)性損傷，必須盡量縮短切除時(shí)間。

以下為國(guó)外資料介紹的各種燃弧時(shí)間長(zhǎng)短和對(duì)設(shè)備造成的損壞程度的評(píng)估：

③會(huì)受到CT安裝位置的限制，接線復(fù)雜而且投資造價(jià)高，無法普遍推廣，只是在某些對(duì)母線保護(hù)有較高要求的變電所采用。

隨著中低壓母線出現(xiàn)短路故障的頻率越來越高，中低壓母線裝設(shè)專用的母線保護(hù)越來越成為一種必然，電弧光保護(hù)的出現(xiàn)恰好彌補(bǔ)了上述三種保護(hù)的不足。目前電弧光保護(hù)的廠家較多，有國(guó)外的也有國(guó)內(nèi)的，國(guó)外的主要有VAMP，國(guó)內(nèi)的主要有南京弘毅電氣和國(guó)電南瑞。

關(guān)于弧光保護(hù)裝置，各廠家在配置上雖有不同，但總體上是大同小異。我們以南京弘毅電氣的DPR360ARC系列裝置為例來說說弧光保護(hù)的保護(hù)原理。

1.弧光保護(hù)邏輯圖

DPR360ARC電弧光保護(hù)以電流采集單元為基礎(chǔ)分組，總計(jì)272弧光探頭可以整定關(guān)聯(lián)到任意一組電流信號(hào)上。當(dāng)弧光單元把弧光信號(hào)從弧光傳感器傳輸?shù)街骺貑卧蚧」鈫卧耐瑫r(shí)，電流元件啟動(dòng)動(dòng)作，電弧光保護(hù)動(dòng)作。電流啟動(dòng)元件分為突變量啟動(dòng)元件和常量啟動(dòng)元件，兩個(gè)元件取或邏輯；裝置也可只選擇弧光信號(hào)單判據(jù)作為動(dòng)作邏輯判據(jù)。具體邏輯判據(jù)如下圖：

2.弧光傳感器

DPR360ARC弧光保護(hù)系統(tǒng)的弧光傳感器具備頻譜識(shí)別功能，能夠準(zhǔn)確識(shí)別電弧光特征光譜，有效區(qū)分日常工作環(huán)境中的反射陽光、照明燈光、檢修用手電光等各種光源，避免其他光源對(duì)弧光保護(hù)系統(tǒng)的干擾，提高保護(hù)動(dòng)作的靈敏性與可靠性。此類弧光傳感器是純透鏡式無源的，能夠慮除可見光，保留紫外光。傳感器通過模擬光纖將光信號(hào)傳遞到主控單元或弧光單元上去，由主控單元或弧光單元實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。

3.保護(hù)出口速動(dòng)性

可以選擇電磁繼電器和固態(tài)繼電器兩種出口，電磁繼電器出口時(shí)間不超過8ms，固態(tài)繼電器出口時(shí)間不超過4ms，遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)母線保護(hù)。

4.100%快速保護(hù)

DPR360ARC弧光保護(hù)系統(tǒng)中的DPR362ARC型號(hào)可實(shí)現(xiàn)中低壓母線、電纜室、斷路器室故障的100%保護(hù)。也就是說，DPR362ARC弧光保護(hù)系統(tǒng)不單單是對(duì)母線進(jìn)行保護(hù)，還可以對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部其他的故障進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)具備選擇性。比如某出線電纜室發(fā)生弧光短路故障，弧光保護(hù)可以只切除本條出線，其他無故障設(shè)備可以繼續(xù)運(yùn)行，不受影響。

5.母線弧光保護(hù)系統(tǒng)典型應(yīng)用

母線弧光保護(hù)系統(tǒng)典型應(yīng)用示例圖

系統(tǒng)組成：2條電源進(jìn)線，2臺(tái)主變，兩段母線，單母線分段結(jié)構(gòu)，Ⅰ母、Ⅱ母均為7個(gè)間隔單元。

系統(tǒng)配置：

弧光保護(hù)系統(tǒng)配置1臺(tái)DPR361ARC主控單元，主控單元配置3組電流采集模塊，配置16個(gè)弧光傳感器，其中包括Q2，Q4處各1個(gè)傳感器，Q5處各2個(gè)傳感器，Ⅰ母、Ⅱ母間隔單元各6個(gè)傳感器，配置5路跳閘出口。

Q2處1個(gè)傳感器，Q5處1個(gè)傳感器，Ⅰ母間隔單元6個(gè)傳感器接至裝置4X位置弧光擴(kuò)展插件的1～8號(hào)傳感器接口。Q4處1個(gè)傳感器，Q5處1個(gè)傳感器，Ⅱ母間隔單元6個(gè)傳感器接至裝置2X位置弧光擴(kuò)展插件的1～8號(hào)傳感器接口。

Q2處TA接至裝置L1三相電流，Q4處TA接至裝置L2三相電流，Q5處TA接至裝置L3三相電流。

裝置出口1跳Q1，出口2跳Q2，出口3跳Q3，出口4跳Q4，出口5跳Q5，出口6作為失靈啟動(dòng)出口。

動(dòng)作過程分析

①當(dāng)Ⅰ母、Ⅱ母分列運(yùn)行時(shí)，假如Ⅰ母某間隔單元發(fā)生母線短路故障，相應(yīng)間隔弧光傳感器動(dòng)作，同時(shí)Ⅰ母進(jìn)線電流發(fā)生突變，弧光保護(hù)動(dòng)作，跳Q1、Q2、Q5開關(guān)；Ⅱ母沒有故障繼續(xù)運(yùn)行。

②當(dāng)Ⅰ母、Ⅱ母分列運(yùn)行時(shí)，假如Ⅱ母某間隔單元發(fā)生母線短路故障，相應(yīng)間隔弧光傳感器動(dòng)作，同時(shí)Ⅱ母進(jìn)線電流發(fā)生突變，弧光保護(hù)動(dòng)作，跳Q3、Q4、Q5開關(guān)；Ⅰ母沒有故障繼續(xù)運(yùn)行。

③當(dāng)Ⅰ母、Ⅱ母并列運(yùn)行時(shí)（Q5開關(guān)合上，Ⅰ母進(jìn)線投入運(yùn)行，Ⅱ母進(jìn)線退出運(yùn)行），如果Ⅱ母某間隔單元發(fā)生母線短路故障，相應(yīng)間隔弧光傳感器動(dòng)作，母聯(lián)電流發(fā)生突變，弧光保護(hù)動(dòng)作，跳Q5開關(guān)，Ⅰ母沒有故障繼續(xù)運(yùn)行。如果Ⅰ母某間隔單元發(fā)生母線短路故障，相應(yīng)間隔弧光傳感器動(dòng)作，同時(shí)Ⅰ母進(jìn)線電流發(fā)生突變，弧光保護(hù)動(dòng)作，跳Q1、Q2開關(guān)，故障切除。

④當(dāng)Ⅰ母、Ⅱ母并列運(yùn)行時(shí)（Q5開關(guān)合上，Ⅱ母進(jìn)線投入運(yùn)行，Ⅰ母進(jìn)線退出運(yùn)行），故障動(dòng)作情況與③類似，在此不再贅述。