浅析弧光保护装置在变配电系统中的应用案例

0引言

以往的母线保护基本上基于电流差动原理而设计，接线方式复杂，成本较高，运行维护工作量大，目前国内电力系统的中低压母线没有配置专门的母线保护，母线故障的切除均靠上配电设备保护装置的后备保护来切除，为了和中低压系统馈线保护在选择性上的配合，往往带着很大的延时，所以不能快速地切除中低压母线上的故障。在中低压配电系统中，开关柜体越来越小型化，配电装置之间的间距也越来越小，产生弧光的的概率，弧光事故对母线、变压器造成近距离短路故障冲击，如不能及时切除，可引起变电站开关柜和其它设备故障，造成严重的损失和重大人身伤亡事故。快速切除开关柜体内的故障以缩小故障范围已迫在眉睫。因此完*有必要采用套快速保护来保证中低压配电设备的可靠运行为了保证中低压配电系统安全稳定运行。需要配置**的保护设备，用于快速切断故障。电弧光保护系统正是基于开关柜内故障时产生弧光这个思路而设计的套母线保护系统。

1电弧光及其危害

在电力系统输电线路和开关柜中，经常会由于短路故障而出现很大的电流，从而使整个系统遭到破坏甚至瘫痪。在电路短路的瞬间会出现温度急剧增加，周围空气发生电离。进而引起电弧性短路起火而发出刺眼的强光。而对于通电的两个电，在其接触的瞬间和离开的

瞬间均会产生耀眼的强光，这种强光即是电弧光。按照电弧光发生的机理不同，可分为带电导体间的电弧、带电导体和地之间的电弧和绝缘表面的爬电。

1.1带电导体间的电弧性短路起火

该情况下有两种可能，其是两导体接触时因短路电流产生的高温，使接触点金属熔化，之后金属熔化成团收缩而脱离接触的过程，在这种情况下可能建立电弧。其二是线路绝缘水平严重下降，雷电产生的瞬态过电压或电网故障产生的暂态过电压都可能击穿恶化的线路绝缘而建立电弧。

1.2接地故障电弧起火

在电气线路施工中，由于带电导体绝缘外皮与钢管间的摩擦会使绝缘薄膜严重受损，另外，发生雷击时地面上春夏瞬变电磁场，它对电气线路将感应很强的瞬态过电压，芯线上感应的瞬态过电压是基本相同的，而电缆梯架则因接地而为地电压。因此，芯线对地的电位差较大，非常容易引起接地故障电弧。

1.3爬电起火

爬电是指电弧不是建立在空间间隙中的电弧，而是出线设备绝缘表面上的电弧。以上几种情况，都易产生电弧而引起火灾，因而要有效的捕捉电弧光并及时的断电来保护电力系统或保护装置。

2电弧光保护系统的基本构成

电弧光保护均采用模块化方式构成系统，般包括主控制单元、扩展单元（包括各种电流采集扩展单元、弧光采集扩展单元、跳闸出口中间扩展单元）、弧光传感器等多个模块构成。

2.1主控单元是弧光系统的核心

主控单元负责采集、处理、记录弧光故障的整个过程的判断和分析。所有扩展单元负责前端传感器数据的收集和非弧光故障信号的过滤，把有效的故障数据通过通讯传递给主控单元。各种类型功能的传感器采集的故障信号，从弧光产生前期的局放现像开始捕捉，中期温升曲线的变化、中后期拉弧现象的监视以及后期故障烟雾报警。

2．2弧光采集单元

现场安装过程中需要使用采集单元和主控单元配合使用，每个弧光采集单元具有8个弧光检测接口用于连接弧光探头，采集单元之间通过光纤集联，无限扩展弧光探头采集数目。所接弧光探头的感光强度可以在1Klux到499Klux之间调节，当它感受到过弧光后向主控单元发送弧光动作光信号。

2．3弧光探头

**于母线保护的无源弧光探头安装在开关柜的母线室内，是探测弧光的感应元330大角度采集弧光信号，保证了弧光动作的可靠性。

2.4智能电弧光保护系统配置方案要求

智能电弧光保护系统由弧光保护主单元和采集单元配合完成保护系统，根据电力次系统配置要求，弧光保护主单元与采集单元所需要的数量不同。

3.铁路常用的变配电弧光保护系统

3.1配电所弧光保护系统

每段母线配置套弧光保护系统，主控单元负责采集电源进线三相电流以及保护系统的逻辑控制。光压传感器分布在每面开关柜间隔的母线室和电缆室内，通过弧光扩展单元或者直接连接到主控单元。弧光传感器采用光压体型，且光强和压力阈值可调节。避免因光线遮挡造成的弧光保护系统拒动或延迟动作。每面开关柜的三相母线和电缆分别配置3点无线测温传感器，实时将温度数据通过温度单元上传给主控单元记录温升曲线，且用户可自定义温度报警阈值。每面开关柜中间间隔层安装个PDS局放传感器（TEV暂态电压），实时对本柜局放故障的在线监测，旦发生局放现象，弧光系统自动记录放电能量和频率并报警，提示用户处理。烟雾传感器作为因弧光故障后期引起的电气火灾的报警信号，可设置于无人值守站配电系统。安装在每个间隔配电柜的母线室顶部，发生烟雾报警时弧光保护系统自动报警输出并记录故障点位置。弧光保护系统动作逻辑：弧光保护系统采用电流、压力、光强、局放、温度等多重判据，比传统弧光+电流双判据更加可靠，当母线发生弧光故障时快速切断进线侧电源；当电缆室弧光故障时切断本柜断路器，分区分控减少停电影响。

3.2变电所弧光保护系统

每段母线配置套弧光保护系统，主控单元负责采集变压器出线柜三相电流以及保护系统的逻辑控制。高压侧变压器出线柜内安装个光压传感器，变压器室安装两个光压传感器，当发生弧光故障时，弧光保护系统检测因弧光故障引起的过流信号同时接收光压传感器的报警信号时，快速切断变压器出线柜开关进行保护。

4安科瑞ARB6产品功能

注：√表示具备此功能，■表示可选功能。

4.1产品选型指标配置

4.2开孔尺寸

4.2.1ARB6弧光保护装置安装位置和开孔尺寸。

ARB6弧光保护装置安装时需考虑开关柜安装空间，与保护范围内电源进线回路的TA回路连接、保护跳闸回路连接，原则上采用就近安装方式，避免TA采集回路、跳闸回路连线过长，般安装于主变压器中、低压侧进线柜或TV柜柜门上，建议采用面板开孔安装。

ARB6弧光保护装置外形和开孔尺寸如下。（尺寸单位：mm）

左视图正视图开孔图

4.2.2ARB-S弧光探头固定方式和开孔尺寸

ARB-S弧光探头固定在卡扣支架上，卡扣支架需要开孔安装。卡扣支架的开孔尺寸为20mm（直径）。

4.3探头安装位置

4.3.1母线室弧光探头安装

4.3.2手车室弧光探头安装

4.3.3电缆室弧光探头安装

5结论

弧光保护装置解决了变压器，母线近距离短路故障产生的危害，在出现短路故障动作的同时也记录了动作时间、动作值、故障点位置等信息，对于无人值守的变配电所提供信息，保证系统正确可靠的运行。在现场投入运行过程中，弧光保护系统会发挥越来越大的经济效益和安全保障。

参考文献：

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[2]**能源局．NB/T42076—2016弧光保护装置选用导则.

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