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        淺談電弧光保護(hù)在6kv廠用系統(tǒng)母線保護(hù)的應(yīng)用

        2014-07-08 17:56:40劉亞鋒
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年21期
        關(guān)鍵詞:應(yīng)用

        劉亞鋒

        摘 要:傳統(tǒng)的中、低壓母線保護(hù)方案不能快速有效的抑制弧光造成的對人員和設(shè)備的危害。全新REF620的運(yùn)用為中、低壓母線提供了快速、安全的弧光保護(hù)。運(yùn)用反時限弧光檢測和高速過流檢測雙重判據(jù)為其安全和快速跳閘提供了保證。

        關(guān)鍵詞:電弧光;系統(tǒng)母線;應(yīng)用

        隨著電力工業(yè)的發(fā)展,中、低壓開關(guān)柜的應(yīng)用數(shù)量越來越多,其負(fù)荷越來越大,由于開關(guān)柜柜內(nèi)弧光短路故障引發(fā)的中、低壓母線故障也日益增多。電弧光對變電站運(yùn)行人員以及變電站內(nèi)設(shè)備構(gòu)成了越來越嚴(yán)重的威脅。

        1 傳統(tǒng)中、低壓母線保護(hù)方案

        1.1 變壓器后備過流保護(hù)方案

        目前應(yīng)用最廣泛的中低壓母線保護(hù)方案是要躲過出線的延時過電流保護(hù)的延時時間,故變壓器后備保護(hù)延時跳閘時間一般整定為 1.2-2.0S。例如,變低后備保護(hù):復(fù)壓閉鎖過流的時間為1.4S。顯然這樣的配置不能滿足快速切除中、低壓母線故障的要求。

        1.2 快速母線跳閘保護(hù)方案

        快速母線跳閘保護(hù)方案又稱饋線過流元件閉鎖進(jìn)線過流保護(hù)方案這是近年來利用微機(jī)過流保護(hù)實(shí)現(xiàn)的中低壓母線保護(hù)方案。在這個方案中,饋線繼電器和進(jìn)線關(guān)繼電器之間通過通訊來傳遞信息,但保護(hù)動作時間為300-400ms,仍不能滿足100ms以內(nèi)快速切除弧光短路故障的要求。

        1.3 高阻抗母線差動保護(hù)方案

        一些重要工程曾采用的專用中壓母線保護(hù)方案,保護(hù)動作時間一般為35-60ms。這種方案是通過接入專用的高阻抗來區(qū)別去內(nèi)和區(qū)外故障。此方案安全可靠但這種方案接線復(fù)雜、對CT的要求高,安裝在6kv-35kv母線上有很多困難,此也不適合中壓母線保護(hù)應(yīng)用。

        1.4 采用電流差動保護(hù)方案

        保護(hù)動作時間一般為20ms。這種方案接線復(fù)雜、要求專用CT,安裝在6kv-35kv開關(guān)柜內(nèi)有困難,也很不經(jīng)濟(jì),這是其一;其二,大型電廠和企業(yè)的一段開關(guān)柜的數(shù)量往往超過母差保護(hù)裝置的回路數(shù),因此也不適合中、低壓母線保護(hù)應(yīng)用。

        綜上所述,現(xiàn)有的開關(guān)柜柜內(nèi)母線保護(hù)方案顯然不能滿足快速切除開關(guān)柜柜內(nèi)的電弧故障和保護(hù)覆蓋范圍要求的。因此,需要一種新型的保護(hù)系統(tǒng),以解決中、低壓母線發(fā)生故障幾率較高、延遲切除故障導(dǎo)致故障擴(kuò)大,從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失問題。REF620分布式弧光保護(hù)裝置可以滿足以上要求。

        2 REF620系統(tǒng)的組成及原理

        傳統(tǒng)弧光保護(hù)多為專用集中式系統(tǒng),而REF620采用分布式弧光保護(hù)設(shè)計(jì)思想,將弧光保護(hù)的模塊植入了普通饋線保護(hù)裝置中,可選擇訂貨,使用更加方便快捷,減少設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),無論是對于老站改造還是新站建設(shè)都減少了安裝成本和施工難度。REF620弧光保護(hù)保護(hù)范圍從“母線倉+斷路器倉+電纜倉”也是保護(hù)功能最全的弧光保護(hù)裝置,每個開關(guān)柜中的任何一個間隔內(nèi)的弧光保護(hù)都配置獨(dú)立的弧光保護(hù)。用REF620構(gòu)成的分布式弧光保護(hù)系統(tǒng),在理論上這種分布式弧光保護(hù)系統(tǒng)的擴(kuò)展不受限制。光纖環(huán)和點(diǎn)探測器相結(jié)合能100%覆蓋所有可能發(fā)生弧光故障的地方。

        REF620采用(電弧光+超高速過電流保護(hù))的雙重判據(jù)原理,弧光保護(hù)的動作最可靠、最安全、最快速。間隔保護(hù)與ADF二者構(gòu)成最經(jīng)濟(jì)的保護(hù)方案,每個饋線間隔的保護(hù)、測控等功能分別由各自的REF620保護(hù)裝置兼任?;」鈧鞲衅?光纖監(jiān)測弧光信號(響應(yīng)時間<1.5ms)輔以超高速過電流判據(jù)(響應(yīng)時間<3.1ms)快速繼電器出口動作時間(50微秒)普通繼電器出口動作時間(<8ms);可以通過IEC-61850GOOSE信息傳輸(<1ms),加上斷路器的全分閘時間:35-60ms;弧光切除總時間(計(jì)及斷路器)在40~72ms之間,是目前速度最快的電弧光保護(hù)系統(tǒng)。

        3 弧光保護(hù)在電廠6kv廠用系統(tǒng)的應(yīng)用

        3.1 情況概述

        電廠6kv廠用電部分的基本情況如下:6kv廠用系統(tǒng)共四段母線,每段母線上有來自高廠變及起備變的進(jìn)線各1回。6kv母線按照國家現(xiàn)行的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并不要求強(qiáng)制裝設(shè)母線保護(hù),母線側(cè)故障由進(jìn)線的過流保護(hù)完成,所以若母線發(fā)生弧光等嚴(yán)重故障,現(xiàn)有的保護(hù)配置方案無法做到及時切除故障。

        3.2 弧光保護(hù)配置建議

        本次設(shè)計(jì)弧光保護(hù)主要考慮保護(hù)6kv母線及各開關(guān)上手車與母線接觸部分。根據(jù)前文描述,若考慮配置REF620繼電保護(hù)裝置,除了可以完成常規(guī)各間隔的繼電保護(hù)及監(jiān)控功能,還能通過設(shè)置弧光傳感器完成對母線的電弧光保護(hù)。

        本次設(shè)計(jì)方案采用進(jìn)線開關(guān)單元和饋線單元組成整體弧光保護(hù)系統(tǒng)。通過饋線弧光結(jié)合進(jìn)線過流的邏輯組合,共同達(dá)到母線的保護(hù)配合。其特點(diǎn)是,設(shè)計(jì)簡單,工程實(shí)施難度低,與傳統(tǒng)6kv開光柜機(jī)及二次設(shè)備設(shè)計(jì)只要稍作調(diào)整來考慮額外增加的弧光保護(hù)部分:如每個間隔增加的一根弧光探頭和一對出口回路。不用額外開孔,接線簡單,節(jié)約了開光柜內(nèi)有限的二次設(shè)備安裝空間,維護(hù)工作量也大大減小。

        REF620還可以進(jìn)行各種靈活的配置,以滿足變電站內(nèi)的各種要求。裝置本身在循環(huán)自檢弧光通道,如果光纖有問題可以有告警燈提示運(yùn)行人員??蓪⒏黟伨€間隔弧光的各種信號做在面板上以文字和指示燈的形式提示運(yùn)行人員現(xiàn)場裝置弧光元件運(yùn)行情況,并通過IEC61850通訊上送到站內(nèi)SCADA系統(tǒng)中。全站通過GPS對時,保護(hù)裝置傳輸?shù)腟OE準(zhǔn)確性得到保證。如果弧光保護(hù)動作,運(yùn)行人員可在遠(yuǎn)方或在調(diào)度看到保護(hù)動作的信息,可初步判斷出具體是那個間隔誘發(fā)弧光保護(hù)動作跳閘。

        圖1 弧光保護(hù)動作的故障錄波

        圖1綠色曲線為模擬的故障相A相電流,紫色的曲線為弧光變化率的曲線下為裝置個元件動作情況,紅色虛線為保護(hù)動作時刻。橫坐標(biāo)位時間坐標(biāo)單位為周波,縱坐標(biāo)為模擬量。

        從圖中可以看出,當(dāng)裝置采集到弧光變化率超過定值,到該元件動作,再到最后出口動作不超過3個周波。尤其是元件動作到保護(hù)出口是沒有任何時間的延遲。其響應(yīng)速度得到了用戶的認(rèn)可。

        此外,饋線間隔中的REF620還兼顧著本間隔的常規(guī)保護(hù)功能,在本站中,出線間隔配置了三段過流保護(hù),兩段重合閘,后加速,低周減載,過負(fù)荷告警,PT斷線告警等功能。各保護(hù)元件之間相互獨(dú)立,邏輯、出口等整定靈活,且可以相互獨(dú)立配置。

        3.3 方案的改進(jìn)

        3.3.1 保護(hù)范圍

        在本方案中,弧光保護(hù)質(zhì)保護(hù)了母線及母線側(cè)刀閘,而開關(guān)室,電纜頭室都沒有被納入保護(hù)的范圍。每臺REF620最大可以安裝三組探頭,可以增加光纖探頭,安裝與電纜頭室和開關(guān)室,這樣10kv開關(guān)全部都將納入被保護(hù)范圍。整個母線也可用裸光纖代替點(diǎn)光纖達(dá)到全部覆蓋,只是施工難度比較大。

        3.3.2 跳閘速度

        目前此方案是通過普通遙信來傳遞下面饋線間隔弧光動作信息,如采用裸光纖來探測母線室,將光信息直接采入進(jìn)線間隔,這樣還可進(jìn)一步縮短跳閘反應(yīng)時間。

        4 結(jié)束語

        加裝REF620弧光保護(hù)系統(tǒng)比傳統(tǒng)的最快跳閘方案減少了近30%的跳閘時間。REF620完善的保護(hù)、測控功能和通訊功能使其能更加靈活的運(yùn)用于各種場合,同時減少了二次電纜及安裝的施工量。REF620的運(yùn)用增加了電廠6kv廠用電系統(tǒng)母線的安全可靠性,降低了可能的弧光對人員設(shè)備可能造成的傷害,另一方面對于運(yùn)行和維護(hù)的成本并沒有明顯的增加。REF620為用戶提供了一個理想的保護(hù)方案。

        參考文獻(xiàn)

        [1]Mark Zeller and Gary Scheer,“Add Trip Security to Arc-Flash Detection for Safety and Reliability” Schweitzer Engineering Laboratories,Inc 2009.

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