弧光保護誤動事故的分析及預(yù)防措施

摘要：弧光保護裝置在母線發(fā)生弧光短路故障時，能快速排除母線故障，保護人身和設(shè)備安全，但目前的弧光保護裝置采用的動作判據(jù)還不夠完善，在實際運行中存在誤動情況。文章給出兩點輔助判斷條件，能有效避免可能存在的誤動情況，使弧光保護動作的可靠性顯著提高。

關(guān)鍵詞：弧光保護；誤動；母線保護；電流方向閉鎖；紫外輻射

中圖分類號：TM862 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）30-0095-02

1 概述

根據(jù)統(tǒng)計資料表明，配網(wǎng)中每年每1000臺開關(guān)柜就有7臺遭到損壞，故障率0.7%。而農(nóng)村配電網(wǎng)的故障概率更高，達到1.2%左右，僅是手車柜，我國電力系統(tǒng)每年就有800多面柜燒毀。分析這些設(shè)備故障的原因，主要是由弧光短路引起的。弧光不但破壞昂貴的設(shè)備，更為嚴(yán)重的是造成人身傷害，甚至危及人的生命。而國內(nèi)目前的中低壓母線系統(tǒng)中一般不配置母差保護來快速切除母線故障，主要依靠上級變壓器的后備保護來切除，由于時間的級差，無法瞬時切除故障。電弧持續(xù)燃燒的結(jié)果是釋放出巨大的能量，從而造成災(zāi)難性的后果，開關(guān)柜被嚴(yán)重?zé)龤??；」獗Ｗo采用弧光檢測和電流檢測雙重判據(jù)，當(dāng)弧光和電流共同滿足動作條件時，裝置發(fā)出跳閘信號，快速切除故障，保障人身和設(shè)備的安全。

110kV周巷變作為弧光保護裝置試點，于2011年11月在10kV開關(guān)柜裝設(shè)了弧光保護裝置，一年來運行狀況良好。但在2012年8月8日，卻發(fā)生弧光保護誤動事故，造成一段母線失電，擴大了停電范圍，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。本文對此次弧光保護的誤動原因進行詳細(xì)的分析，并對實際運行中可能存在的誤動情況提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，增強了弧光保護運行的可靠性。

2 弧光保護發(fā)生誤動過程

2012年8月8日，110kV周巷變Ⅱ段母線弧光保護動作，出口跳#2主變10kV開關(guān)和10kV母分開關(guān)。110kV周巷變是內(nèi)橋接線，保護動作前，#1主變、#2主變和110kV、10kV母分開關(guān)分別處運行狀態(tài)。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，故障點位于#2主變10kV穿墻套管連接柜即#2主變10kV過渡柜處，在故障點處發(fā)生了明顯的竄弧痕跡。由于故障點位于#2主變低壓側(cè)的采樣CT上端，因此，故障點不在弧光保護范圍內(nèi)，弧光保護動作異常。

3 故障原因分析

3.1 110kV周巷變弧光保護裝置簡介

正常情況下，裝置自檢、透鏡自檢，如果發(fā)生故障，均能給出故障信息，同時，如果是裝置故障，將閉鎖跳閘出口，避免誤動作；此信號可由一個告警節(jié)點輸出至告警小母線或信號采集裝置。

母線因故產(chǎn)生弧光，相應(yīng)母線室的透鏡傳感器檢測到弧光后，將信號上傳到擴展單元REA107。擴展單元收到信號后，將檢測信號通過總線電纜上傳到該柜所在段對應(yīng)的主單元。主單元REA101收到弧光信號的同時，立即將弧光信號同步轉(zhuǎn)發(fā)至另外一個主單元。各REA101在收到弧光信號的同時，比較自身采集到的電流信號。

弧光保護動作判據(jù)為故障時產(chǎn)生的兩個條件：弧光和過電流?；」夂碗娏骶鶟M足判據(jù)，則為本段母線發(fā)生弧光，發(fā)出跳閘信號，本段進線斷路器跳閘，從而熄滅電弧，同時給出跳閘信號；但只檢測到弧光或者電流增量時發(fā)出報警信號，并不會發(fā)出跳閘指令。

3.2 弧光保護誤動的原因

工作人員對開關(guān)柜進行檢查發(fā)現(xiàn)，#2主變10kV開關(guān)間隔、10kVⅡ段母線間隔、花園B822開關(guān)間隔及備用B820開關(guān)間隔探頭動作燈亮，弧光保護動作燈亮。#2主變10kV開關(guān)間隔、10kVⅡ段母線間隔、花園B822開關(guān)間隔及備用B820開關(guān)間隔為#2主變10kV過渡柜右邊相鄰間隔，#2主變10kV過渡柜左邊無相鄰間隔，#2主變10kV過渡柜無弧光保護探頭。

雖然故障點位于弧光保護范圍外，但是由于開關(guān)柜之間的遮擋物對光并不是完全密封的，特別是弧光短路時產(chǎn)生的強光，使相鄰間隔容易采集到光信號，滿足弧光條件。#1主變通過10kV母分供給故障點的短路電流也使#2主變低壓側(cè)CT的采樣值滿足電流條件。因此，兩個條件同時滿足弧光保護動作判據(jù)，弧光保護動作，使Ⅱ段母線失電，使停電范圍擴大。

4 防止誤動的措施

4.1 電流判據(jù)增加方向閉鎖條件

上述引發(fā)誤動的一個重要原因是由于弧光保護裝置的電流判據(jù)主要取決于采樣電流的大小，而對于電流的方向則不作為判斷條件。因此，判斷電流時增加方向閉鎖條件，將有效避免上述的誤動情況。

加入方向閉鎖條件后，當(dāng)母線上發(fā)生弧光短路故障，由于電流的大小和方向同時滿足，弧光保護仍然能可靠速動；當(dāng)弧光保護范圍外，屬于母線以上的故障，由于電流方向不符合條件，電流判據(jù)就不滿足，屬于母線以下的故障，電流大小和方向同時滿足，存在誤動可能性，該類情況下可通過下述措施進行避免。

4.2 利用電弧的紫外輻射特征

目前，弧光保護裝置的弧光判據(jù)是根據(jù)傳感器檢測到的光強度大小來判斷。當(dāng)光強度落在弧光保護光靈敏度范圍內(nèi)，則弧光條件滿足，反之，如果光強度不夠，則視作非弧光接地短路故障信號。一般情況下，廠家對弧光保護的光靈敏度設(shè)置很高，用手電筒照射的光就能使其滿足動作條件。因此，在其他非母線故障情況下，閃電等強光透過擋板的空隙照射進來，由于弧光保護光靈敏度較高，就容易使其滿足弧光動作條件。此時，如果恰好又發(fā)生10kV出線短路故障，使電流判據(jù)也同時滿足，那么，弧光保護就會誤動作，使母線失電。

引入電弧的紫外輻射特征作為輔助條件，結(jié)合光強共同作為弧光的判據(jù)，則可避免此類誤動情況。研究表明，電弧放電產(chǎn)生的弧光光譜包含紫外、可見光和近紅外3個區(qū)。紫外光光譜在230～400nm間，而230～280nm波長區(qū)域的紫外光稱為日盲區(qū)。為了進行電弧放電檢測，減小日光等的干擾，將光電傳感器檢測到的光用相應(yīng)的濾光技術(shù)處理，只需檢測280nm以下部分的紫外光。用電弧的紫外輻射特征輔助判斷弧光，將是減少弧光誤動的有效措施。

5 結(jié)語

弧光保護裝置的誤動原因主要是目前所采用的電流判據(jù)和弧光判據(jù)還不夠完善。通過對幾種可能誤動的情況進行分析，提出了防止誤動的兩點措施，即在電流判據(jù)中引入電流方向閉鎖和在弧光判據(jù)中引入紫外輻射特征要素。采用以上兩點措施，將有效提高弧光保護裝置動作的可靠性。

參考文獻

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[J]激光與光電子學(xué)進展，2011，48（8）.

作者簡介：張思（1986-），男，慈溪市供電局助理工程師，研究方向：繼電保護專業(yè)的管理。

（責(zé)任編輯：文 森）