電弧光保護(hù)與分支限時速斷保護(hù)的比較

陳月奎 趙永林

【中圖分類號】TM773 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0005-02

1、概述

近年來，在全國很多電廠都陸續(xù)出現(xiàn)了發(fā)電廠高廠變、高備變損壞事故。其中內(nèi)蒙的達(dá)拉特、豐鎮(zhèn)等電廠曾多次出現(xiàn)。從廠用電運行條件看，近區(qū)短路時有發(fā)生，考慮到廠用電的重要性及廠用變對突發(fā)短路的損傷累積效應(yīng)，要求廠用分支母線故障能快速切除。但長期以來，高備變、高廠變低壓側(cè)僅配置分支過流，其延時通常為2～3s，當(dāng)近區(qū)發(fā)生故障時，高廠變、高備變差動保護(hù)無能為力，在其后備保護(hù)分支過流動作前，已經(jīng)出現(xiàn)了高廠變、高備變的損壞。

配置分支限時速斷保護(hù)來作為發(fā)電廠廠用分支母線的快速保護(hù)，快速切除廠用分支母線近區(qū)的故障，從而保護(hù)高廠變、高備變的安全。當(dāng)然也需要變壓器廠家進(jìn)一步提高變壓器的短路耐受力，加強(qiáng)變壓器相關(guān)的突發(fā)短路試驗。

近幾年，電弧光保護(hù)作為一種新興的保護(hù)在國內(nèi)的一些大型機(jī)組廠用分支開關(guān)柜保護(hù)設(shè)計中有應(yīng)用。其主要是通過檢測電弧變化等特征物理量，來快速檢測開關(guān)柜內(nèi)母線故障。

分支限時速斷保護(hù)和電弧光保護(hù)都可作為分支母線的快速保護(hù)，但是二者在保護(hù)原理、保護(hù)范圍、動作特性、實用性和造價等方面有區(qū)別。而目前國內(nèi)外對此點都未進(jìn)行過對比分析，所以分析對比二者對今后改進(jìn)發(fā)電廠廠用分支母線保護(hù)有很大的參考意義。

2、分支限時速斷保護(hù)

2.1概述

分支限時速斷保護(hù)因其原理簡單，裝設(shè)方式簡單，在很多電廠改造中作為首選方式。從簡化廠用分支母線保護(hù)的角度出發(fā)，該保護(hù)得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2分支限時速斷保護(hù)的特點分析

2.2.1保護(hù)原理

原理簡單，為簡單的過流邏輯，通過檢測電流是否大于定值，如果大于定值，則啟動延時繼電器計時，當(dāng)時間大于定值時，保護(hù)動作于跳閘切除故障。

2.2.2裝設(shè)方式

分支限時速斷保護(hù)可采用兩種接線方式，一種方式是直接放置在高廠變、高備變保護(hù)中，可直接采用高廠變、高備變的交流電流回路。另一種方式是直接放置在開關(guān)柜中實現(xiàn)。

2.2.3保護(hù)范圍

分支限時速斷保護(hù)的保護(hù)范圍：作為分支母線故障的快速保護(hù)，同時作為相鄰電動機(jī)、低廠變等高壓側(cè)故障的后備保護(hù)。該保護(hù)具有一定的選擇性，當(dāng)故障位于電動機(jī)或低廠變時，優(yōu)先由電動機(jī)或低廠變的保護(hù)反應(yīng)；如果電動機(jī)或低廠變保護(hù)無法切除故障，則由分支限時速斷保護(hù)動作切除故障。

2.2.4 經(jīng)濟(jì)性分析

由于分支限時速斷保護(hù)通常放置在高廠變、高備變保護(hù)裝置中或放置在開關(guān)柜中實現(xiàn)，不論是對新建機(jī)組還是改造工程，其不需增設(shè)新的設(shè)備。該保護(hù)所用的電流回路均可與其他保護(hù)共用。可以說增設(shè)此保護(hù)相關(guān)的投資費用很小。

2.2.5實用性分析

根據(jù)相鄰電動機(jī)和低廠變等負(fù)荷的狀態(tài)，分支限時速斷保護(hù)的延時可整定范圍為0.3～0.6s，這可以大大縮短僅分支復(fù)壓過流保護(hù)時的動作時間，有利于提高分支母線保護(hù)的快速性要求，且不影響與相鄰保護(hù)在延時方面的配合。

該方法目前已經(jīng)國內(nèi)很多電廠采用，在內(nèi)蒙上都電廠、達(dá)拉特電廠的多臺高廠變、高備變中實施，其效果不錯。

3、電弧光保護(hù)

3.1概述

上世紀(jì)60年代國外已開始研究電弧光短路故障，到90年代對這種故障特性有了深入了解，并提出各種弧光短路的防護(hù)措施。電弧光保護(hù)，在歐美一些國家的電力系統(tǒng)和廠礦企業(yè)推廣應(yīng)用中已有二十多年的歷史。我國第一套保護(hù)裝置于1995年投運，中國以前的進(jìn)口機(jī)組在引進(jìn)時有國外成套配有電弧光保護(hù)，國產(chǎn)機(jī)組第一套裝置2000年開始運行。

對于中低壓開關(guān)柜來說，以最快的速度切除故障意味著最大限度的限制電弧燃燒釋放的能量，其好處是：

a.保護(hù)附近工作人員免受電弧故障效應(yīng)的傷害；

b.開關(guān)柜內(nèi)部部件的損壞限制到最??；

c.大大減少開關(guān)設(shè)備的損壞的維修費用；

d.最大限度地減少用戶的停電時間，可盡快恢復(fù)生產(chǎn)；

e.對于使用年限很長、需要進(jìn)行改進(jìn)的開關(guān)柜，采用電弧光保護(hù)可有效延長其使用壽命，從而減少對開關(guān)設(shè)備的投資費用。

對配電系統(tǒng)還將有以下好處：

a.保護(hù)昂貴的廠用變壓器免受巨大的短路電流沖擊而損壞；

b.防止波及站用直流系統(tǒng)，避免事故擴(kuò)大而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

3.2電弧光保護(hù)的特點

3.2.1基本原理

通過檢測開關(guān)柜內(nèi)母線故障時產(chǎn)生的弧光，并結(jié)合過流閉鎖的動作原理，即采用檢測弧光和過流雙判據(jù)原理，來判斷故障切斷電流。

弧光是電弧最明顯且變化最快的特征物理量，電弧光保護(hù)通過檢測電弧弧光信號來檢測故障。為了避免外界光干擾導(dǎo)致的電弧光保護(hù)誤動，實際應(yīng)用中還引入電流增量閉鎖來提高可靠性。

3.2.2電弧光保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成及裝設(shè)方式

典型的電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要由主單元、輔助單元、弧光傳感器和溫度傳感器等組成。下面分別對每部分做簡單介紹。

1）主單元

包含有電流檢測和弧光檢測，它通過檢測短路電流和來自弧光傳感器的動作信息，并對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷，發(fā)出跳閘信號，以切除故障。在進(jìn)線斷路器未能動作切除故障時，它將啟動斷路器失靈保護(hù)邏輯，發(fā)出跳閘指令給上游斷路器切除故障。此外，它還根據(jù)輔助單元傳送來的弧光傳感器的動作信息和溫度傳感器測量的溫度，提供弧光故障點的定位和溫度報警信息。每個主單元可接入多個輔助單元。主單元中具有二進(jìn)制I/0接口，供主單元之間交換過流和弧光傳感器動作信息，以實現(xiàn)有選擇性的切除母線故障。

2）輔助單元

每個輔助單元可接入若干個弧光傳感器、1個便攜式弧光傳感器和1個溫度傳感器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光故障時，輔助單元收集來自弧光傳感器的動作信息并傳送給主單元，在主單元上顯示輔助單元和弧光傳感器的地址編號，有利于及時檢修和排除故障。輔助單元安裝在開關(guān)柜中。

3.2.3電弧光保護(hù)保護(hù)范圍及系統(tǒng)的特點

電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要保護(hù)范圍是分支母線故障。其對應(yīng)的特點如下：

1）動作速度快

整套保護(hù)的動作時間短，可控制在5～7ms，遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的母線保護(hù)方案，對開關(guān)柜各單元室的總切除時間為80～100ms，可控制在了100ms以內(nèi)。

2）通過檢測開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生故障時產(chǎn)生弧光這一特點，結(jié)合過流閉鎖這一原理，雙判據(jù)原理簡單、結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠。

3）故障點定位，有利于快速處理故障和恢復(fù)供電。

4）斷路器失靈保護(hù)，當(dāng)主斷路器拒動時發(fā)出跳閘指令跳上一級斷路器，提高系統(tǒng)的安全性。

5）配置靈活、適應(yīng)性強(qiáng)：通過交換弧光和過流動作信息，可對各段母線提供有選擇性的保護(hù)，適用于各種運行方式。

3.2.4電弧光保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

由于電弧光保護(hù)是個系統(tǒng)保護(hù)，需要由主單元、輔助單元、弧光傳感器和溫度傳感器等多個部件有機(jī)組合后才能有效工作，其造價相當(dāng)高。遠(yuǎn)高于相應(yīng)的發(fā)變組保護(hù)的造價。且弧光保護(hù)目前仍為進(jìn)口設(shè)備，未國產(chǎn)化。如果能加快國產(chǎn)化的進(jìn)程，降低造價，對其推廣和應(yīng)用將更有利。

3.2.5電弧光保護(hù)系統(tǒng)實用性分析 （下轉(zhuǎn)7頁）

電弧光保護(hù)在國外有著較廣的應(yīng)用經(jīng)驗，國內(nèi)目前也漸在一些大型機(jī)組的廠用分支母線開關(guān)柜中采用。