李靜琳

(廈門(mén)電力有限公司，福建 廈門(mén) 361000)

淺談UFES在廈門(mén)110 kV西郭變的應(yīng)用

李靜琳

(廈門(mén)電力有限公司，福建 廈門(mén) 361000)

首先闡述了電弧的產(chǎn)生及危害，然后介紹了快速滅弧器(UFES)的動(dòng)作原理，并與傳統(tǒng)滅弧方式進(jìn)行了比較分析，最后結(jié)合UFES在廈門(mén)110 kV西郭變的實(shí)際應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)UFES在4 ms內(nèi)快速檢測(cè)故障電流并熄滅故障電弧的優(yōu)點(diǎn)。

UFES；電?。粶缁⊙b置；應(yīng)用

0 引言

快速滅弧器(UFES)是一款主動(dòng)型電弧故障保護(hù)設(shè)備，能顯著降低電力系統(tǒng)發(fā)生電弧事故時(shí)產(chǎn)生的高溫及電動(dòng)力對(duì)設(shè)備的破壞和影響。有效應(yīng)用UFES能更快地檢測(cè)到內(nèi)部電弧故障，在電流達(dá)到峰值前通過(guò)裝置的快速接地迅速抑制故障電弧，降低電弧故障造成的破壞，減小短路電流對(duì)設(shè)備的沖擊和對(duì)人身的傷害，起到保護(hù)人身/設(shè)備安全、快速隔離故障的作用。本文通過(guò)UFES在廈門(mén)110 kV西郭變的實(shí)際應(yīng)用，為同類(lèi)型設(shè)備的應(yīng)用提供借鑒。

1 電弧的產(chǎn)生及危害

開(kāi)關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障時(shí)，電弧燃燒所釋放的巨大能量會(huì)產(chǎn)生各種有害效應(yīng)，電弧的持續(xù)會(huì)對(duì)設(shè)備及附近人員造成傷害。電力系統(tǒng)常見(jiàn)故障有過(guò)流、過(guò)壓、短路、電弧，其中電弧對(duì)人身和設(shè)備安全危害最大，主要體現(xiàn)在：

(1) 功率大：電弧產(chǎn)生時(shí)，瞬時(shí)功率可達(dá)2×107kW；

(2) 溫度高：電弧內(nèi)部溫度可達(dá)10 000～20 000 ℃；

(3) 光度強(qiáng)：電弧光強(qiáng)可超過(guò)正常照明光強(qiáng)2 000倍；

(4) 擴(kuò)散快：在氣體的流動(dòng)及電場(chǎng)作用下，形成“飛弧”；

(5) 電弧使壓力急劇上升2.5×105Pa，元件燃燒、氣化使溫度急劇升高導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，威脅人身安全，污染環(huán)境。

產(chǎn)生電弧故障的常見(jiàn)原因：誤操作、主回路接觸不良、設(shè)備老化、聯(lián)鎖失效、小動(dòng)物進(jìn)入。其中，75%的電弧事故涉及人員誤操作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電弧故障發(fā)生時(shí)運(yùn)行檢修人員在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)作業(yè)的幾率有65%，在開(kāi)關(guān)柜門(mén)前操作的幾率有10%。

2 滅弧裝置的應(yīng)用情況

一般情況下，開(kāi)關(guān)設(shè)備燃弧會(huì)造成嚴(yán)重后果。因?yàn)殡娀〉男纬芍恍鑾缀撩耄窃谌蓟∵^(guò)程中能量的釋放是驚人的，可造成嚴(yán)重傷害事故，甚至人員死亡?，F(xiàn)有許多電弧保護(hù)裝置用于縮短電弧故障電流持續(xù)時(shí)間，但這并不一定能防止電弧故障造成的損害。當(dāng)短路電流過(guò)峰值回落到零值附近時(shí)，其電弧能量最小，一般滅弧器都是借此機(jī)會(huì)滅弧。由于短路電流已經(jīng)過(guò)了峰值，所以即便滅弧了，但其產(chǎn)生的高溫和電動(dòng)力對(duì)設(shè)備的破壞是無(wú)法避免的。電弧故障造成的損害取決于電弧電流以及燃弧時(shí)間，這兩個(gè)參數(shù)中，只有時(shí)間可以控制。

UFES是一款主動(dòng)型電弧故障保護(hù)設(shè)備，能顯著降低電力系統(tǒng)發(fā)生電弧故障時(shí)產(chǎn)生的高溫及電動(dòng)力對(duì)設(shè)備的破壞和影響。UFES的滅弧能力極強(qiáng)，滅弧速度極快，當(dāng)短路電流剛剛起始時(shí)，就將其滅弧，這樣，就沒(méi)有大的短路電流流過(guò)后面的電氣設(shè)備，從而不會(huì)產(chǎn)生高溫和很大的電動(dòng)力。

傳統(tǒng)滅弧方式和UFES的對(duì)比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)滅弧方式和UFES對(duì)比

如果依靠傳統(tǒng)的保護(hù)技術(shù)，電弧持續(xù)時(shí)間將超過(guò)140 ms，對(duì)人員和設(shè)備將造成難以恢復(fù)的損害?，F(xiàn)在將知名的真空滅弧室技術(shù)及世界上最快的限流開(kāi)關(guān)設(shè)備——Is快速限流器巧妙結(jié)合在一起，形成了響應(yīng)速度極快的中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備電弧故障保護(hù)系統(tǒng)——UFES。當(dāng)開(kāi)關(guān)設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生電弧故障時(shí)，UFES可在4 ms內(nèi)快速檢測(cè)故障電流和電弧閃光，并確保故障電弧瞬間立即熄滅。

3 UFES的動(dòng)作原理

UFES采用ABB最新開(kāi)發(fā)的超快速中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備電弧故障保護(hù)系統(tǒng)，可在故障電弧發(fā)生后4 ms內(nèi)確保熄滅電弧。

基本工作原理如圖1所示。

圖1 基本工作原理示意圖

UFES通過(guò)檢測(cè)控制裝置的判斷和一次主元件的指令動(dòng)作。

(1) UFES主要由檢測(cè)控制裝置(DTU)和一次主元件組成。檢測(cè)控制裝置能在2 ms內(nèi)可靠地檢測(cè)到故障弧光及故障電流信號(hào)，經(jīng)判斷電弧故障已經(jīng)發(fā)生，即觸發(fā)3個(gè)一次主元件(PSE)動(dòng)作。一次主元件收到動(dòng)作指令后在1.5 ms內(nèi)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)三相金屬性接地短路，則電弧故障出現(xiàn)后4 ms內(nèi)熄滅電弧。

(2) UFES系統(tǒng)由基本單元和擴(kuò)展單元組成?；締卧蒕RU型檢測(cè)控制裝置、QRU配套的弧光監(jiān)測(cè)探頭和3個(gè)一次主元件組成，包含檢測(cè)控制裝置到PSE之間的連接電纜。

4 在西郭變的安裝運(yùn)用

西郭站弧光監(jiān)測(cè)探頭輸入信號(hào)多于9路，所以采用了擴(kuò)展弧光檢測(cè)單元，匯集22路信號(hào)輸入，整合后經(jīng)K4、K5、K6 3個(gè)通道輸入DTU。DTU裝設(shè)于10 kV Ⅲ段母線PT間隔柜面板上，自身使用8路輸入信號(hào)；PSE使用獨(dú)立專(zhuān)用柜，裝設(shè)于Ⅲ段母線PT柜上方并連接于Ⅲ段母線；擴(kuò)展弧光檢測(cè)單元放置于935開(kāi)關(guān)柜上方，設(shè)有一個(gè)空開(kāi)SM30供面板裝置使用。Ⅲ段母線各柜在開(kāi)關(guān)室(中柜)及母線室分別裝設(shè)一個(gè)弧光監(jiān)測(cè)探頭，如圖2所示。

圖2 西郭變安裝位置圖

變電站中的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部弧光短路故障不僅可能引起設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞、灼傷工作人員，有的甚至?xí)l(fā)展成多組開(kāi)關(guān)柜同時(shí)燒毀的“火燒連營(yíng)”的事故。當(dāng)開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)內(nèi)部故障電弧時(shí)，電弧燃燒所釋放的巨大能量會(huì)產(chǎn)生各種有害效應(yīng)，傳統(tǒng)的保護(hù)技術(shù)滅弧持續(xù)時(shí)間超過(guò)140 ms，對(duì)于人員和設(shè)備將造成難以恢復(fù)的損害。UFES快速滅弧裝置在設(shè)備內(nèi)部發(fā)生電弧時(shí)將系統(tǒng)三相直接接地，確保在4 ms內(nèi)快速檢測(cè)并熄滅故障電弧，以有效保障運(yùn)行人員的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著安全技術(shù)的不斷發(fā)展和逐步完善，具備內(nèi)部電弧防護(hù)能力已經(jīng)成為中壓設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定之一。UFES采用的超快速電弧故障保護(hù)系統(tǒng)填補(bǔ)了中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備電弧故障防護(hù)領(lǐng)域的空白，將真空滅弧技術(shù)與開(kāi)斷速度最快的限流開(kāi)關(guān)設(shè)備巧妙地結(jié)合在一起，形成了響應(yīng)速度極快的電弧故障防護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)開(kāi)關(guān)設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生電弧故障時(shí)，UFES可在4 ms內(nèi)快速檢測(cè)故障電流和電弧閃光，并確保故障電弧瞬間熄滅。UFES將大幅提高系統(tǒng)可靠性和操作人員安全性，有效減少故障停運(yùn)時(shí)間和維修費(fèi)用，為電網(wǎng)運(yùn)行提供有力保障。

2014-07-03

李靜琳(1986—)，女，福建廈門(mén)人，助理工程師，研究方向：變電檢修。