母线弧光保护系统 - 解决方案

1.1 概述

中、低压母线发生短路故障时，所产生的电弧光对设备及人员会造成极大的伤害。但是目前在国内中低压母线系统中一般不配置专用的快速母线保护，而是依赖上一级变压器的后备保护切除母线短路故障，这样导致了故障切除时间的延长，加大了设备的损伤程度，破坏严重时可能造成事故进一步扩大，威胁到系统的稳定运行，该问题已引起业内专业人士的高度重视。

南京弘毅电气自动化有限公司（以下简称弘毅电气）研制的DPR361ARC电弧光保护系统采用弧光检测和过电流检测双判据原理，保护动作速度快、可靠性高，是国内第一套自主研发的电弧光保护系统，填补了国内中、低压专用快速母线保护的空白。

DPR361ARC电弧光保护系统跳闸回路采用了多路快速继电器及常规继电器，可供用户选择。

选用快速继电器出口跳闸时间小于4ms，选用常规继电器出口跳闸时间小于8ms，远快于传统的母线保护，对开关柜的内部弧光故障总切除时间可以控制在100ms以内。

本保护系统可以确保操作人员安全，将故障损失降至最低，为快速处理故障，恢复供电创造了条件。

1.2 必要性

1.2.1 电弧光产生的原因

1） 开关设备内电弧光产生的人为原因有：

■ 误入带电间隔；

■ 隔离开关误操作；

■  带接地线合闸；

■ 忘记测量工作区内的电压等。

2) 开关设备内电弧光产生的技术原因有：

■ 设备故障和带电设备的误操作；

■  设备正常检修后，遗漏工具在开关设备内；

■ 错误的接线和母线连接；

■ 绝缘老化、机械磨损、过电压、小动物（尤其是老鼠）、灰尘、温度、湿度及腐蚀等环境因素。

1.2.2 电弧光的危害

开关设备内部间隔发生故障而产生的电弧光造成开关设备中的压力和温度迅速增加，如不及时切除、将造成以下重大危害：

■ 电弧光中心温度相当于太阳表面温度的2倍，约为20000℃，由于过热将导致铜排、铝排熔毁气化；

■ 电缆熔毁，电缆护套着火；

■ 过热导致压力上升，使开关设备爆炸；

■ 开关设备剧烈振动，使固定元件松脱；

■ 使上一级变压器承受近距离短路故障冲击，故障电流产生的电动力可能导致变压器绕组变形发生匝间短路；

■ 故障产生的弧光冲击波以300m/s的速度爆发，可摧毁途中的任何物质，若波及站内直流系统造成全站直流失电，将造成无法弥补的重大损失；

■ 高温灼伤皮肤，强光刺伤眼睛；

■ 爆破音振损伤耳膜，肺脏；

■ 爆炸碎片飞射，造成人员伤亡。

电弧光故障的危害程度取决于电弧光电流的大小及切除时间长短，电弧光产生的能量 与切除时间T成指数规律快速上升（见图一）。

要保证设备不受结构性损伤，必须尽量缩短切除时间。

以下为国外资料介绍的各种燃弧时间长短和对设备造成的损坏程度的评估：

1.2.3 目前国内用于中、低压母线的保护及其局限性

■ 变压器后备过流保护,典型的保护动作时间1.2s～2.0s；

■ 采用馈线速断保护闭锁的变压器后备过流保护，典型的保护动作时间为300ms～500ms；

■ 母线差动保护，典型的保护动作时间为15ms。

变压器后备过流保护动作时间过长，不能起到有效的保护作用，馈线速断保护闭锁的变压器后备过流保护虽然时间缩短，但是仍然不能在设备受到严重损害前将故障切除，母线差动保护范围受CT安装位置的限制，接线复杂，CT要求高，且总体造价昂贵。

1.2.4 产品技术特点

本系统具有以下技术特点：

1） 满足所有电磁兼容（EMC）标准；

2） 符合中国继电保护设计标准要求；

3） 快速跳闸出口（小于4ms）；

4） 采用过流及弧光双重判据；

5） 无源弧光传感器，具有过滤干扰光功能，可靠性高；

6） 新型光纤连接传输，光电转换在装置内完成，抗电磁干扰能力强；

7） 通信接口灵活，可选配2路以太网或2路CAN网；

8） 通信规约符合部颁IEC60870-5-103标准，可方便地接入站内综自系统；

9） GPS同步对时，自适应IRIG-B格式或秒脉冲方式；

10） 故障录波时间长达10s,标准Comtrade格式输出；

11） 全汉字显示，操作习惯和传统数字式保护完全一致；

12） 跳闸出口逻辑可编程；

13） 可实现故障定位；

14） 可容纳最多272个检测点；

15） 对于不同类型的接线可灵活设置；

16） 感光强度可根据实际情况调整。

1.3弧光系统组成

1.3.1 概述

DPR361ARC弧光保护系统是一个模块化系统，包括主控单元（DPR361ARC）、电流单元(DPR391ARC)、弧光扩展器(DPR392ARC)和弧光单元(DPR393ARC)，系统构成示意图如下图所示：

由于配置模块化，系统适合于各种不同场合的电弧光保护应用, 可组成从只有一个主控单元的简单系统，到包含多个单元能用于选择性电弧光保护的复杂系统。

系统采用光纤星型连接方式，主控单元和电流单元、主控单元和弧光单元、主控单元和弧光扩展单元、弧光单元和弧光扩展单元之间采用单模通信光缆连接。

主控单元和弧光传感器、弧光单元和弧光传感器之间采用专用光缆连接。

本系统通过主控单元和站内监控系统通信，主控单元可选配2路以太网或2路CAN网，通信规约支持部颁IEC60870-5-103标准，可方便地接入站内综自系统。