【節(jié)能學院】弧光保護在中壓開關(guān)柜中的研究與應用

摘要：針對中壓開關(guān)柜弧光故障的特點，進行弧光保護選型和方案配置，并介紹其在開關(guān)柜內(nèi)的安裝位置。

關(guān)鍵詞：中壓開關(guān)柜；弧光保護；方案配置；安裝位置

Part 1

前言

隨著電力系統(tǒng)配電網(wǎng)容量的逐漸，中低壓設備故障對電力系統(tǒng)運行的影響越來越嚴重，近年來，中壓開關(guān)柜由于絕緣損壞、操作失誤、設備老化等因素頻繁發(fā)生弧光故障事故，不僅影響供電系統(tǒng)平穩(wěn)運行，還會造成嚴重的人身傷害和財產(chǎn)損失。

圖1 開關(guān)柜弧光故障事故圖

圖2 電弧能量-時間曲線

弧光故障事故的危害程度取決于弧光電流及切除時間，電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數(shù)規(guī)律快速上升?；」猱a(chǎn)生初期（總切除時間不超過100ms）對設備損傷比較小，傳統(tǒng)的電流保護和接地故障保護由于檢測周期長，動作時間慢，不能避免弧光故障的危害。因此，很有必要引入快速切除弧光故障的保護系統(tǒng)。安科瑞ARB5系列弧光保護裝置通過弧光+電流突變量雙重判據(jù)或弧光單判據(jù)啟動保護，其弧光單判據(jù)動作時間≤7ms；弧光+電流雙判據(jù)動作時間≤20ms，為快速切除中低壓弧光故障提供了技術(shù)支持。

Part 2

弧光保護選型

我們經(jīng)過仔細分析，選定安科瑞ARB5系列弧光保護進行研究。

ARB5系列弧光保護裝置主要由ARB5-M主控單元、ARB5-S弧光探頭組成。

ARB5-M主控單元特點

（1）啟動條件可選弧光單判據(jù)或弧光+電流雙判據(jù)。其中電流突變量啟動系數(shù)可整定范圍為0.05~10In，電流常量啟動系數(shù)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(shù)字化智能配電站系統(tǒng)。

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°。

Part 3

弧光保護方案及動作邏輯

本文結(jié)合某水廠10kV供電系統(tǒng)工程，介紹安科瑞ARB5系列弧光保護配置方案。該工程涉及10kV I、II 段母線，共計12個回路，其中01、12柜為進線柜，06柜為母聯(lián)柜，07柜為母聯(lián)隔離柜，05、08柜為PT柜，02、03、04、09、10、11柜為出線柜。

圖3 一次圖及弧光配置圖

圖4 開關(guān)柜布局圖

弧光保護配置方案是在兩段母線上分別配置一臺ARB5-M主控單元，安裝位置為進線柜（或PT柜）儀表室的柜門上；每柜的母線室、手車室、電纜室（如有）各安裝一個ARB5-S弧光探頭。

保護動作邏輯為母線室或手車室弧光故障動作于跳閘進線和母聯(lián)開關(guān)，電纜室弧光故障動作于跳閘出線回路開關(guān)。

圖5 ARB5-M弧光主控單元背板接線示意圖

Part 4

弧光探頭安裝位置

弧光探頭可面板開孔安裝，亦可支架式安裝。

ARB5-S弧光探頭有兩種固定方式：卡扣式和螺絲式。

卡扣固定：

圖6 卡扣式固定方式開孔尺寸

螺絲固定：

圖7 螺絲式固定方式開孔尺寸

安裝探頭時應選擇安裝位置，避免出現(xiàn)檢測盲區(qū)，并且應遵循以下原則。

弧光探頭建議安裝地點包括（但不于）母線室、手車室、電纜室。

弧光傳感器建議安裝容易產(chǎn)生電弧的位置。在開關(guān)柜有斷路器的情況下：在母線觸頭連接處、上或下隔離開關(guān)（2處）觸頭處、電流互感器觸頭處、電纜接頭處。在開關(guān)柜無斷路器的情況下：在母線觸頭連接處、上和下隔離開關(guān)觸頭處（1處）、電纜接頭處。

封閉式母線橋架在橋架兩端需要安裝弧光傳感器。若考慮實現(xiàn)開關(guān)柜的整體保護，可以在開關(guān)柜的斷路器室和電纜室各安裝1個弧光傳感器。

母線室

圖8 母線室開孔位置

手車室

圖9 手車室開孔位置

電纜室

圖10 電纜室開孔位置

Part 5

結(jié)束語

該水廠10kV開關(guān)柜弧光保護已投運兩年。安科瑞ARB5系列弧光保護邏輯清晰、安裝簡單、動作迅速可靠，廣泛應用于水務、電廠、醫(yī)療、工業(yè)、交通等行業(yè)項目。