吳海莉，胡發(fā)明

(舟山電力局修試工區(qū)，浙江 舟山 316000)

目前，110 kV變電站三圈變保護主要包括:差動/速斷保護、復(fù)壓方向過流保護、零序方向過流保護、間隙零序保護、零序過壓保護等，而中、低壓母線一般不配置專用的母線保護(如35 kV母線發(fā)生故障時一般由主變的復(fù)壓過流后備保護動作來切除故障，整定時間通常約為2 s).隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和居民用電水平的提高，配電網(wǎng)容量逐漸增大，中低壓母線故障對電力系統(tǒng)安全運行的影響越來越嚴重.從電力系統(tǒng)的運行實況來看，因開關(guān)柜故障而引發(fā)火災(zāi)的事故并不少見，不僅使中壓開關(guān)設(shè)備嚴重損毀，而且可能損壞昂貴的變壓器，造成重大的經(jīng)濟損失［1］.此外，這些事故如果處理不當還會導(dǎo)致輸電網(wǎng)故障［2］，危害整個電力系統(tǒng)的安全運行.因此，為了快速切除開關(guān)柜故障，防止事故發(fā)生，有必要引入適應(yīng)其故障模式的中低壓母線保護系統(tǒng)［3］，以保證輸配電網(wǎng)的安全運行.

母線是電力傳輸?shù)闹匾M成部分，母線保護的安全可靠直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定［4］.由于母線發(fā)生故障時常會伴隨產(chǎn)生電弧光，若不能及時排除母線故障，將給電力系統(tǒng)帶來嚴重危害.光電式電弧光保護系統(tǒng)在同時檢測到弧光和電流增量時會發(fā)出跳閘指令信號，跳開故障母線的電源回路以切除故障.該方法縮短了切除故障的時間，符合快速切除開關(guān)柜故障保護裝置的要求.因此，舟山電力局在110 kV南沙變電站35 kV開關(guān)柜中安裝了一套RIZNER-EagleEye電弧光保護系統(tǒng)，以實現(xiàn)快速切除開關(guān)柜故障.

1 電弧光保護的工作原理

電弧光保護系統(tǒng)采用弧光檢測和過電流檢測雙判據(jù)原理，當同時檢測到弧光和電流增量時發(fā)出跳閘指令信號，當只檢測到弧光或電流增量時發(fā)出報警信號，并不會發(fā)出跳閘指令，從而大大減少了由于保護設(shè)備的誤差而引起的誤動作.變電站電弧光保護原理如圖1所示.

圖1 變電站電弧光保護原理

電弧光保護系統(tǒng)跳閘回路中采用了快速繼電器Triac技術(shù)，以確保保護系統(tǒng)在1 ms內(nèi)發(fā)出跳閘信號，使開關(guān)柜內(nèi)部電弧光故障總切除時間控制在100 ms以內(nèi)，而且在外觀上無明顯損壞.電弧光保護與一般過流保護的時間對照見表1.

表1 電弧光保護與一般過電流保護的時間對照 ms

由表1可以看出，通過檢測弧光信號和過電流信號閉鎖的雙判據(jù)原理，實現(xiàn)了保護裝置的快速、可靠動作.而且與一般保護相比，電弧光保護可以根據(jù)弧光傳感器的實際安裝位置實現(xiàn)分區(qū)保護的功能，弧光傳感器可以安裝在開關(guān)設(shè)備的任何位置(一般安裝在母線室內(nèi)，以檢測母線故障)，并在主控單元上顯示故障發(fā)生的位置，縮短了故障處理時間，實現(xiàn)了快速恢復(fù)供電.

2 電弧光保護系統(tǒng)的組成

RIZNER-EagleEye電弧光保護系統(tǒng)主要由主控單元、電源模塊、電流單元、弧光單元、弧光傳感器，以及連接各部件之間的光纖和數(shù)據(jù)線組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示.

該系統(tǒng)的工作過程如下:首先利用電源模塊對主控單元、電流單元、弧光傳感器、弧光輔助單元進行供電;然后利用主控單元測量電流單元、弧光傳感器和弧光輔助單元的數(shù)據(jù)，當發(fā)現(xiàn)電流過大，同時出現(xiàn)弧光現(xiàn)象時，開關(guān)動作切斷母線，以實現(xiàn)對母線的保護.在其他情況下，認為系統(tǒng)正常，則開關(guān)不動作.

圖2 電弧光保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1 主控單元

主控單元(EagleEye-MU)是電弧光保護系統(tǒng)的核心部件，用于管理、控制整套系統(tǒng)，以及檢測故障電流和弧光信號，并對收到的兩種信號進行判斷和處理.在滿足跳閘條件時，發(fā)出跳閘指令以切除故障.

主控單元通常安裝在母線系統(tǒng)電源進線柜或進線柜旁邊開關(guān)柜的二次控制室門板上.主控單元有4個數(shù)據(jù)輸入接口，可接24個弧光單元或電流單元;輸出接口包括4路快速輸出和6路常規(guī)繼電器跳閘輸出;共有4+16個弧光檢測接口.當弧光信號輸入超過16個時，可采用弧光單元.此外，主控單元根據(jù)弧光單元或者弧光傳感器輸送的信號，能夠準確地判斷故障點的位置.

2.2 電流單元

電流單元(EagleEye-CR)用于檢測A，B，C 3相的過電流信號，同時可匹配5 A，2 A，1 A的電流互感器，并可以通過面板上的電位計進行電流的整定，整定范圍為50% ～500%.電流單元檢測到的信號通過光纖和數(shù)據(jù)線傳輸至主控單元，主控單元依據(jù)已設(shè)定的邏輯來判斷是否發(fā)出跳閘指令.電流單元通常安裝在電源進線柜內(nèi)，每個電源進線都應(yīng)裝設(shè)一個電流單元.

2.3 弧光傳感器

專用于母線保護的無源弧光傳感器(EagleEye-FLS)通常安裝在開關(guān)柜的母線室內(nèi)，是探測弧光的光感應(yīng)元件.當發(fā)生電弧光故障時，光強度大幅度增加，弧光傳感器可以直接將光信號傳送給主控單元或者弧光單元.

3 110kV南沙變電站弧光保護實施方案

110 kV南沙變電站35 kV開關(guān)柜為單母分段接線，共有10面開關(guān)柜，配置一個主控單元，安裝在1#主變壓器進線開關(guān)柜的面板上;2個電流單元，分別安裝在1#主變壓器的和2#主變壓器的進線開關(guān)柜內(nèi);為了與第1段母線區(qū)分和減少光纖的敷設(shè)，在第2段母線上裝設(shè)了1個弧光輔助單元和1個弧光傳感器一面柜，弧光輔助單元安裝在35 kV母分開關(guān)柜內(nèi)，弧光傳感器一面柜安裝在母線室內(nèi)，其電流單元電流整定值為額定電流的2.5倍.35 kV開關(guān)柜的第1段和第2段母線弧光保護配置如圖3所示.

該弧光保護裝置的動作原理如下:當?shù)?段母線發(fā)生故障，弧光保護裝置檢測到弧光信號，且電流單元檢測到的主變電流大于整定電流時，保護裝置發(fā)出跳閘指令，跳開1#主變壓器35 kV開關(guān)和母分開關(guān)，將故障隔離.第2段母線的動作原理也是如此.35 kV開關(guān)柜內(nèi)第1段和第2段母線主控單元邏輯示意如圖4所示.

圖3 35 kV兩段母線弧光保護配置

圖4 35 kV兩段母線主控單元邏輯示意

4 電弧光保護系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題與建議

電弧光保護系統(tǒng)是一種新型的保護系統(tǒng)，除了跳閘回路和信號回路采用電纜連接外，其主控單元、電流單元、弧光單元、弧光傳感器之間均采用光纖和數(shù)據(jù)線連接，因此其可靠性較高.但在實際應(yīng)用中，也存在以下問題.

(1)弧光傳感器的校驗問題 按規(guī)定，當開關(guān)柜發(fā)生故障拉弧時，其照度約為100 klx，因此在電弧光保護系統(tǒng)投入運行前，應(yīng)將弧光單元面板上的照度調(diào)整為30 klx.但在現(xiàn)場，通常是用手電筒照射來進行照度校驗，手電筒的照度、照射距離，以及開關(guān)柜的光線對照度測量的影響等都沒有測試標準，不便于現(xiàn)場進行標準化校驗工作，也不利于維護人員做出精確判斷.

(2)電弧光保護系統(tǒng)歸口管理問題 電弧光保護系統(tǒng)應(yīng)屬于傳統(tǒng)的繼電保護裝置還是開關(guān)柜的本體保護設(shè)備，仍需進一步明確.

為此，筆者提出如下建議:一是希望相關(guān)保護的測試儀廠家能盡快研制出適用于電弧光保護的校驗裝置，用于對弧光傳感器的校驗，以便于維護人員判斷保護的正確性;二是建議相關(guān)部門參照主變壓器非電量保護的管理模式，對電弧光保護系統(tǒng)的歸口問題進行劃分.

5 結(jié)語

隨著現(xiàn)代微機和光電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型母線保護原理和裝置不斷出現(xiàn)，為實現(xiàn)中低壓專用母線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關(guān)柜故障特性開發(fā)的中低壓母線保護系統(tǒng)，具有原理簡單、動作可靠迅速，以及對變電站一次設(shè)備無特殊要求、適用于各種運行方式且在各種運行方式下保護裝置不需要切換等優(yōu)點，為用戶提供了一個理想的解決方案.

［1］金文龍，陳建華，李光范，等.全國110 kV及以上等級電力變壓器短路損壞事故統(tǒng)計分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1999，23(6):72-73.

［2］梁秀紅，劉延慧.預(yù)防主變壓器因外部短路引起損壞事故的對策［J］.科技信息，2007(32):293-299.

［3］潘貞存，王葵，杜世雙，等.中低壓母線加裝專用繼電保護的必要性和幾種方案的探討［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2002，26(9):76-77.

［4］劉蓉輝，熊虎崗.微機母線保護比較及相關(guān)問題的對策［J］.華北電力，2009(10):19-21.