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1. 概述 在電力系統中，35kV及以下電壓等級的母線(xiàn)由于沒(méi)有穩定問(wèn)題，一般未裝設母線(xiàn)保護。然而，由于中低壓母線(xiàn)上的出線(xiàn)多，操作頻繁，三相導體線(xiàn)間距離與大地的距離比較近，容易受小動(dòng)物危害，設備制造質(zhì)量比高壓設備差，設備絕緣老化和機械磨損，運行條件惡劣，系統運行條件改變，人為和操作錯誤等原因，中低壓母線(xiàn)的故障幾率比高壓、超高壓母線(xiàn)高得多。但長(cháng)期以來(lái)，人們對中低壓母線(xiàn)的保護一直不夠重視，大多采用帶有較大延時(shí)的后備保護來(lái)切除母線(xiàn)上的故障，往往使故障被發(fā)展、擴大，從而造成巨大的經(jīng)濟損失。 近年來(lái),由于各種原因開(kāi)關(guān)設備被嚴重燒毀，有的甚至發(fā)展成“火燒連營(yíng)”的事故時(shí)有發(fā)生。而主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故也逐年增加，這些配網(wǎng)事故處理不當甚至被擴大發(fā)展為輸電網(wǎng)事故，造成重大的經(jīng)濟損失，已引起電力部門(mén)的廣泛關(guān)注。究其原因大多是因為沒(méi)有裝設中低壓母線(xiàn)保護，未能快速切除故障造成的。所以，為了保證變壓器及母線(xiàn)開(kāi)關(guān)設備的安全運行，根據繼電保護快速性的要求，迫切需要配置專(zhuān)用中低壓母線(xiàn)保護。 2.電弧光產(chǎn)生的原因 1）開(kāi)關(guān)設備內電弧光產(chǎn)生的人為原因有： ? 誤入帶電間隔； ? 隔離開(kāi)關(guān)誤操作； ? 帶接地線(xiàn)合閘； ? 忘記測量工作區內的電壓等。 2) 開(kāi)關(guān)設備內電弧光產(chǎn)生的技術(shù)原因有 ： ? 設備故障和帶電設備的誤操作； ? 設備正常檢修后，遺漏工具在開(kāi)關(guān)設備內； ? 錯誤的接線(xiàn)和母線(xiàn)連接 ； ? 絕緣老化、機械磨損、過(guò)電壓、小動(dòng)物（尤其是老鼠）、灰塵、溫度、濕度及腐蝕等環(huán)境因素。 2.1電弧光的危害 ? 開(kāi)關(guān)設備內部間隔發(fā)生故障而產(chǎn)生的電弧光造成開(kāi)關(guān)設備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時(shí)切除 將造成以下重大危害： ? 電弧光中心溫度相當于太陽(yáng)表面溫度的 2 倍，約為 20000 ℃，由于過(guò)熱將導致銅排、鋁排熔毀氣化； ? 電纜熔毀，電纜護套著(zhù)火； ? 過(guò)熱導致壓力上升，使開(kāi)關(guān)設備爆炸； ? 開(kāi)關(guān)設備劇烈振動(dòng)，使固定元件松脫； ? 使上一級變壓器承受近距離短路故障沖擊，故障電流產(chǎn)生的電動(dòng)力可能導致變壓器繞組變形發(fā)生匝間短路； ? 故障產(chǎn)生的弧光沖擊波以 300m/s 的速度爆發(fā)， 可摧毀途中的任何物質(zhì)， 若波及站內直流系統造成全站直流失電，將造成無(wú)法彌補的重大損失； ? 高溫灼傷皮膚，強光刺傷眼睛； ? 爆破音振損傷耳膜，肺臟； ? 爆炸碎片飛射，造成人員傷亡。 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(cháng)短，電弧光產(chǎn)生的能量與切除時(shí)間 T成指數規律快速上升（見(jiàn)圖一） 。 IEC298標準附錄AA中規定的內部燃弧時(shí)間是100ms，目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的開(kāi)關(guān)柜基本上是按照IEC298標準生產(chǎn)的，也就是說(shuō)，開(kāi)關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時(shí)間為100ms。由于發(fā)生弧光故障在斷路器動(dòng)作前，故障短路電弧是一直在燃燒的，即保護動(dòng)作時(shí)間加上斷路器分閘時(shí)間之和，即為電弧燃燒的持續時(shí)間。也就是說(shuō)，從保護開(kāi)關(guān)柜方面考慮，保護動(dòng)作時(shí)間應在小于100ms切除故障以防止弧光短路故障進(jìn)一步發(fā)展擴大造成更大的危害。 據有關(guān)資料統計，一些地區110kV及以上等級的變壓器遭受短路故障電流沖擊直接導致?lián)p壞的事故，約占全部事故的50%以上，與前幾年統計相比呈大幅度上升的趨勢。這類(lèi)故障的案例很多，特別是變壓器低壓側出口（低壓母線(xiàn)）短路時(shí)形成的故障一般需要更換繞組，嚴重時(shí)可能要更換全部繞組，從而造成十分嚴重的后果和損失。 國標規定的110kV及以上電壓等級的變壓器的熱穩定允許時(shí)間為2秒，動(dòng)穩定時(shí)間為0.25秒。但實(shí)際上，在低壓側出口短路故障靠過(guò)流后備保護切除的動(dòng)作時(shí)間往往在2秒以上，離 0.25秒的變壓器的動(dòng)穩定時(shí)間相差甚遠。所以，可以說(shuō)，繼電保護的不完善也是造成變壓器損壞的重要原因。 目前針對近區（低壓母線(xiàn)）短路故障引起變壓器損壞的保護的動(dòng)作時(shí)間太長(cháng)，遠大于變壓器允許承受的短路電流持續時(shí)間，顯然不能滿(mǎn)足保護變壓器的要求，迫切需要改善變壓器保護，使其保護動(dòng)作滿(mǎn)足小于變壓器允許動(dòng)穩定時(shí)間0.25秒的要求。 3.開(kāi)關(guān)柜弧光短路故障的防護措施 3.1消極性防護措施 采用這種措施的目的是限制故障電弧產(chǎn)生的各種效應，如加強開(kāi)關(guān)柜的結構，密封隔離各單元室、設置釋放板和泄壓通道等。采用這種措施在一定程度上能減少損壞程度；另一方面，如果要采用通過(guò)加強結構的方式來(lái)較大地提高開(kāi)關(guān)柜的燃弧耐受時(shí)間的話(huà)，則需要增加很大的設備費用。下表為國外對增加開(kāi)關(guān)柜內部燃弧耐受時(shí)間和相應增加成本進(jìn)行評估的結果。 3.2積極性防護措施 采用高速專(zhuān)用中壓母線(xiàn)保護切除故障以限制故障電弧的持續時(shí)間，從根本上限制故障電弧，消除其各種效應對設備和人員的危害。如果中低壓母線(xiàn)保護能在開(kāi)關(guān)柜耐受燃弧時(shí)間以?xún)惹谐收系脑?huà)，將最大限度地限制弧光故障對開(kāi)關(guān)設備的損壞；從另一方面看，限制開(kāi)關(guān)設備的損壞，即阻斷了故障發(fā)展的可能性，從而可避免主變壓器長(cháng)時(shí)間遭受短路電流的沖擊而損壞。這也是目前迫切需要的最有效的限制弧光短路故障損壞開(kāi)關(guān)設備及變壓器的防護措施。 弧光傳感在積極防護中是目前一種新技術(shù)，也是高效的�；」�傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜各間隔室中，可實(shí)現對由簡(jiǎn)單到各種復雜接線(xiàn)中、低壓開(kāi)關(guān)柜提供有選擇性的保護�；」鈧鞲衅髯鳛楣飧袘�，將檢測在發(fā)生弧光故障時(shí)突然增加的光強，并將光信號轉換成電流信號傳送給輔助單元。 AVAGO弧光檢測覆蓋的范圍是300到800nm的光譜的光線(xiàn)，對弧光的檢測通過(guò)一部分裸纖對光的感應，形成一個(gè)信號的回饋。 不同的光線(xiàn)光能量以及傳輸距離不一樣，幾種典型光線(xiàn)對比： 目前AVAGO用于弧光檢測的幾個(gè)器件的型號： 下圖為SFH250的敏感度和光波長(cháng)的波形： 下圖為HFBR-24X6Z的標準響應時(shí)間： AVAGO的弧光檢測系統分點(diǎn)檢測方式和路鏈檢測方式兩種： 點(diǎn)檢測： 路鏈檢測： 弧光檢測的最小集成系統： 6.結語(yǔ) 隨著(zhù)現代微機和光電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型母線(xiàn)保護原理和裝置不斷出現，為實(shí)現中低壓專(zhuān)用母線(xiàn)保護提供了各種解決方案。電弧光保護作為一種針對中壓開(kāi)關(guān)柜故障特性開(kāi)發(fā)的中低壓母線(xiàn)保護系統，具有原理簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠迅速、對變電站一次設備無(wú)特殊要求、適應于各種運行方式、且在各種運行方式下保護不需要切換等優(yōu)點(diǎn)，為用戶(hù)提供了一個(gè)理想的中低壓母線(xiàn)保護解決方案。 |
