電弧光保護裝置在風電場母線的應(yīng)用

摘要：文章介紹了某風電場加裝電弧光工程，并分析了針對不同類型開關(guān)柜的傳感器安裝方法和保護配置情況，通過實際工程安裝的電弧光保護裝置的動作調(diào)試和帶開關(guān)傳動試驗，證明滿足保護快速性、靈敏性、選擇性和可靠性的要求，能很好實現(xiàn)對母線的快速保護。

關(guān)鍵詞：弧光故障；電弧光保護；開關(guān)柜；中低壓

0引言

內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)高載能企業(yè)用戶的接線方式一般是從變電站35kV出線直接接至企業(yè)用戶，線路距離開關(guān)柜、電纜頭單相接地故障和相間短路故障較頻繁，這些故障發(fā)生的同時伴隨著電氣弧光的產(chǎn)生。在保護動作切除35kV母線之前，電氣弧光產(chǎn)生的高溫可將電氣設(shè)備和機械設(shè)備熔化，使單相接地故障發(fā)展迅速。由于高載能用戶負荷變化頻繁，較易發(fā)生相間短路故障，而損壞相鄰間隔的電氣設(shè)備，導致35kV系統(tǒng)易發(fā)生近端短路故障，甚至將35kV母線故障范圍擴大、故障時間延長等，這些都影響了風電場的穩(wěn)定運行生產(chǎn)，因此中廣核風電有限公司內(nèi)蒙古分公司決定選用某風電場進行電弧光保護的改造，效果明顯的話，將推廣應(yīng)用于公司其他風電場。

1電弧光保護

弧光保護是一種新型的母線保護方案，系統(tǒng)設(shè)計用于切除所有低壓或中壓空氣絕緣鎧裝開關(guān)柜中可能產(chǎn)生弧光短路斷路器的快速保護中。電弧光保護依據(jù)故障時產(chǎn)生的電弧光來判斷故障并切除，是一種非電氣量保護當系統(tǒng)發(fā)生故障時會伴有弧光量的產(chǎn)生，依據(jù)電弧光來判斷切除故障的保護就是電弧光保護。它是非電氣量保護，當發(fā)生弧光短路時，在弧光檢測傳感器覆蓋的區(qū)域內(nèi)弧光短路點可以被快速定位，這樣的話弧光保護僅僅靠弧光源作為跳閘判據(jù)很可能會受到一些外來因素光源使得弧光保護誤動作，所以一般的弧光保護都會有兩個判據(jù)，就是弧光和電流增量。只有同時檢測到弧光信號和過流增量，弧光保護才會出口跳閘動作，圖1是弧光保護基本原理圖。

其基本原理是“與或”關(guān)系，當三相電流I或弧光L有一個判據(jù)時，弧光保護裝置會發(fā)信;當三相電流I和弧光L同時為與關(guān)系時，弧光保護裝置跳閘。

2電弧光保護的組成部分

主單元包含有電流檢測和斷路器失靈保護，它通過檢測短路電流和來自電弧光傳感器的動作信息，并對收集的數(shù)據(jù)進行處理、判斷，在滿足跳閘條件時，發(fā)出跳閘命令以切除故障。在進線斷路器不能切除故障時，它將啟動斷路器失靈保護邏輯，發(fā)出跳閘命令給上級斷路器來切除故障。此外，主單元根據(jù)輔助單元傳送來的弧光傳感器動作信息和溫度傳感器測量的溫度，提供弧光故障點的定位和溫度報警信息。

輔助單元當系統(tǒng)發(fā)生弧光故障時，輔助單元收集來自電弧光傳感器的動作信息并傳送給主單元，在主單元上顯示輔助單元和弧光傳感器的地址編號，有利于及時準確故障定位開關(guān)柜，為檢修提供信息。電弧光傳感器，專用于母線保護的弧光傳感器安裝在開關(guān)柜的母線室內(nèi)，它作為光感應(yīng)元件，將檢測在發(fā)生弧光故障中突然增加的強光，并將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號傳送給輔助單元。

3弧光裝置的主要設(shè)備配置

安裝35kV系統(tǒng)弧光保護設(shè)備，裸光纖安裝在母線上，每個柜子在電纜室和開關(guān)室分別安裝2個探頭，如表1所示。

4電弧光保護現(xiàn)場調(diào)試情況

在35kV母線出線,311斷路器開關(guān)柜模擬弧光短路故障，動作錄波情況如圖2所示。正常工作時，三相電壓幅值隨時間變化是一致的，如圖3所示。

正常至故障工作時,AB兩項電壓幅值隨時間變化是基本一致的,C相發(fā)生故障,電壓基本沒有了為零，如圖4所示。

故障狀態(tài)時,AB兩項電壓幅值隨時間變化是基本一致的,C相發(fā)生故障電壓為零。通過現(xiàn)場調(diào)試情況以及帶開關(guān)傳動情況,電弧光保護能很好實現(xiàn)對母線的快速保護，如圖5所示。此時,311斷路器開關(guān)柜發(fā)生故障,311斷路器電弧光保護裝置接收到光纖傳感器、弧光傳感器的動作信號、過流信號,弧光保護能順利斷開301斷路器，同時也滿足保護快速性、靈敏性、選擇性和可靠性要求。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明

ARB5-弧光主控單元

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請?zhí)貏e注明。

6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

7安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

8結(jié)論

某風電場如果使用弧光保護，不僅能快速切除開關(guān)柜內(nèi)部弧光短路故障，實現(xiàn)中低壓母線的快速保護,而且還能提高電力系統(tǒng)和設(shè)備的性和穩(wěn)定性。具體功能體現(xiàn)在以下方面:①保護人員和中低壓開關(guān)設(shè)備的，避免了弧光故障造成的損害;②保護變壓器免受短路電流損壞;③保護升壓站內(nèi)直流系統(tǒng);④可以預(yù)防火災(zāi)發(fā)生;⑤延長開關(guān)設(shè)備使用壽命。

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作者簡介：

陳芳芳，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及絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，