母線弧光保護在中低壓開關柜中的應用

摘要：電力成套設備快速發展的今天，設備的安全穩定運行至關重要。而隨著電力行業和應用領域的復雜化和深入性,使得中低壓成套開關設備發生故障的可能性也隨之變大。成套開關設備中母線故障產生的弧光將燒壞其他電器元件,從而導致事故擴大,往往造成較大的經濟損失,而母線弧光保護正好解決了這個難題，能夠很好的保護開關設備并降低損失。

關鍵詞：中低壓開關柜；母線弧光保護

0引言

中低壓成套開關柜作為電能生產與分配的基礎設施之一，使用量逐年增加，并且使用場合的復雜性也在增加，使用遵循的規范標準要求也隨著社會的發展而提高。如何保證中低壓開關柜安全可靠運行、降低電氣事故損失越來越多地受到重視。

弧光放電事故是中低壓開關柜內嚴重的事故之一，由于電弧電阻的原因，故障電流往往達不到保護定值而不能迅速切斷故障，或者弧光故障電流達到了保護啟動值，動作時間不能快速切斷故障。

弧光放電不僅會造成停電事故，還會造成設備嚴重損壞和人身傷害事故，帶來不可估量的損失。

1弧光故障事故危害

弧光產生時溫度可達到4500℃，內部溫度可達到10000～20000℃。弧光產生時瞬時功率可達到40MW，弧光光強可超過正常照明光強2000多倍。因此中低壓開關柜內因故障而產生電弧時若不能及時采取合理措施，則會產生諸多危害。

（1）對設備的危害：電弧發生時產生大量高溫高壓氣體，氣體瞬時沖擊波可造成開關柜體變形、破碎；沖擊波爆破震動可造成開關柜劇烈震動，使各連接處緊固件松脫；產生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化，甚至將開關柜外殼金屬融化、元器件嚴重損壞并引起火災。

（2）對人的危害：高溫灼傷皮膚；熔化的金屬蒸發并滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化；高強度弧光傷害眼睛，甚至造成角膜脫落；高溫燃燒產生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統；弧光電流作用于人體可使肌肉產生非自主劇烈收縮，也可損傷肌腱、皮膚、血管、神經組織等。

電弧產生的能量與I 2t成指數規律快速上升，其不僅與故障電流的大小有關，還與燃弧時間有關。根據故障點的不同，通常情況下故障短路電流會在幾千安至幾十安，故障若不能及時切除以熄滅電弧，則會產生巨大能量。總之，開關柜發生內部電弧故障，不論是對開發設備還是對附近的工作人員，其危險性都很大。

圖1 電弧能量-時間曲線

因此，很有必要引入快速切除弧光故障的保護系統。安科瑞ARB5系列弧光保護裝置通過弧光+電流雙重判據或弧光單判據啟動保護，其弧光單判據動作時間≤7ms；弧光+電流雙判據動作時間≤20ms，為快速切除中低壓弧光故障提供了技術支持。

2中低壓開關柜弧光保護必要性

國家標準相關規定，110kV及以上的電壓級別的變壓器的熱穩定允許時間和動穩定時間分別是2s和0.25s。一般，在低壓側出口出現短路故障時時間往往超過2s，不能滿足變壓器動穩定時間要求，這樣就會導致變壓器損壞。

為了解決開關柜弧光短路故障問題，可以采取一些常規性防護措施，比如加強開關柜的結構，設置釋放板和泄壓通道將氣流等輸出柜體。但此類措施會提高設備成本，對電力企業的經濟效益帶來影響。

弧光保護相比這些防護措施，可以從根本上限制故障電弧，從而解決開關柜弧光短路故障對工作人員和開關設備的影響和危害。一方面，可以在開關柜耐受燃弧時間內采用中低壓母線保護快速切除故障；另一方面，能減少用戶停電時間，可盡快恢復生產。此外，對于使用年限很長需要進行改造的開關柜，采用弧光保護可合理延長其使用壽命，從而減少對開關設備的投資費用。

3安科瑞ARB5系列弧光保護

安科瑞ARB5系列弧光保護裝置主要由ARB5-M主控單元、ARB5-S弧光探頭及光纖組成。

（1）  ARB5-M主控單元特點

1）啟動條件可選弧光單判據或弧光+電流雙判據。其中電流突變量啟動系數可整定范圍為0.05~10In，電流常量啟動系數可整定范圍為0.05~10In。

2）11路可編程跳閘出口。

3）4組3相電流采集。

4）支持20路弧光探頭信號采集。

5）弧光故障點定位。

6）弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢。

7）4組失靈保護。

8）支持IEC61850，便于組建數字化智能變電站。

（2）  ARB5-S弧光探頭特點

1）自帶濾光功能。

2）無源型弧光傳感器。

3）探測角度≥180°。

圖2 ARB5-S弧光探頭探測角度

4中低壓開關柜母線弧光保護的應用

安科瑞ARB5系列弧光保護裝置廣泛應用于中低壓開關柜母線保護。

（1） 某機場10kV開關柜母線弧光保護

圖3 某機場10kV開關柜ARB5弧光保護安裝圖

（2） 某工廠0.4kV開關柜母線弧光保護

圖4 某工廠0.4kV開關柜ARB5弧光保護安裝圖

5結語

在電力系統運行中，由于自身電容量等因素的限制，需要對中低壓開關柜與母線進行合理地保護，因此，需要從中低壓開關柜電弧光短路故障原因和現有的中低壓母線保護方案存在的問題進行分析，明確故障問題帶了的嚴重危害，通過應用弧光保護，合理處理故障問題，從而更好地保護實現開關柜與母線的保護。

參考文獻

[1].李鷹洲.電弧光保護系統在中低壓開關柜中的應用

[2].安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

[3].AFBR-S10PS01XZ-DS100 – April 3, 2017

作者介紹：

潘芹，女，現任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向為中低壓電力系統繼電保護和弧光保護。