弧光保護在中低壓開關(guān)中的應(yīng)用

高波　常瑞強　李楠

摘 要：

針對轄區(qū)近年來多個變電站中低壓開關(guān)柜出現(xiàn)的弧光閃絡(luò)、爆炸事故，分析了故障發(fā)生的原因和產(chǎn)生的危害以及現(xiàn)有保護的不足之處，提出相應(yīng)的應(yīng)對措施，得出弧光保護的推廣和應(yīng)用，能有效的降低故障損害，提高經(jīng)濟效益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：

短路；閃絡(luò)；爆炸；弧光保護

中圖分類號：

TB

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：16723198（2014）06019002

0 引言

近年來，隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，轄區(qū)中低壓開關(guān)柜的應(yīng)用數(shù)量也越來越多，由于開關(guān)柜弧光短路引發(fā)的中低壓母線故障也日益增多，通過近幾年的統(tǒng)計，每年發(fā)生的開關(guān)柜閃絡(luò)、短路、接地，或爆炸事故達十幾起，不僅造成了停電事故，影響了供電可靠性，還造成了許多設(shè)備的永久性損毀，帶來了許多不可挽回的損失，為了確保人身、設(shè)備安全，避免類似事故再次出現(xiàn)，結(jié)合國內(nèi)外運行經(jīng)驗，很有必要在中低壓開關(guān)柜加裝電弧光保護。

1 弧光形成的原因

（1）帶電誤操作；

（2）設(shè)備本身質(zhì)量、工藝問題，故障或斷路器滅弧失?。?/p>

（3）人或者動物誤入帶電線路區(qū)間，維修后工具遺留等；

（4）電纜、套管、支持瓷瓶、絕緣子等其他輔件絕緣老化，設(shè)備破損；

（5）天氣如臺風(fēng)，雷電等造成線路破損及各種外力破壞造成的故障；

（6）系統(tǒng)接地、諧振、操作、雷電等各種原因造成的系統(tǒng)過電壓；

（7）氣候條件，污穢（嚴重）、空氣濕度（過大）、溫度（過熱）。

2 弧光的危害

2.1 電弧性短路起火

如將兩電極接觸后再拉開建立了電弧，則維持此10mm長的電弧只需要20V的電壓，也就是說只要先接觸，之后又分開，很可能產(chǎn)生局部溫度很高的電弧而成為起火源。

2.2 電弧光爆炸

電弧光不僅能引起絕緣物質(zhì)燃燒，而且可以引起金屬（銅排、鋁排）熔化、飛濺，構(gòu)成火災(zāi)、爆炸的火源；電氣設(shè)備本身除多油斷路器、電力變壓器、電力電容器、充油套管等充油設(shè)備可能炸裂外，一般不會出現(xiàn)爆炸事故，但是以下情況可能引起空間爆炸：

（1）周圍空氣有爆炸性混合物，在危險溫度或電火花作用下引起空間爆炸。

（2）充油設(shè)備的絕緣油在電弧作用下分解或氣化，噴出大量油霧和可燃氣體，引起爆炸。

（3）發(fā)電機氫冷卻裝置漏氣，酸性蓄電池排出氫氣等，形成爆炸性混合物，引起空間爆炸。

2.3 對人的危害

（1）弧光的光強約9000Lux，而人眼感受到的最大光強約300Lux，很容易使人的眼睛刺傷，使角膜上皮脫落，出現(xiàn)怕光、流淚、異物感、結(jié)膜充血等癥狀。

（2）電弧爆炸造成的燒傷是最嚴重的傷害，主要來自于電爆炸時散發(fā)出大量的熱能輻射和飛濺的熔化金屬，再者就是衣物被點燃后燃燒的熔滴而造成的嚴重?zé)齻?/p>

（3）電爆時產(chǎn)生的巨響對聽覺的傷害和爆炸彈力對人體的傷害熱能和火焰是可以致命的傷害。

（4）電弧周圍的空氣在弧光強烈輻射作用下，還會產(chǎn)生臭氧、氮氧化物等有毒氣體傷害呼吸系統(tǒng)。

2.4 對設(shè)備的危害

弧光短路是電網(wǎng)最嚴重的故障，尤其是發(fā)生在中、低壓開關(guān)柜內(nèi)部的情形，由于電弧電阻的原因，短路電流往往達不到過流速斷整定值而不能動作快速切斷故障，電弧持續(xù)燃燒釋放出巨大的能量，從而造成災(zāi)難性的后果：開關(guān)柜嚴重?zé)龤?、重要用戶停電、?jīng)濟損失等，見下圖1～圖4：

3 弧光危害程度及現(xiàn)有保護分析

3.1 燃弧時間對設(shè)備損壞程度的影響

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)弧光的時候，弧光以300m/s的速度爆發(fā)，摧毀途中的任何物質(zhì)。只要系統(tǒng)中不斷電，弧光就會一直存在；而在中低壓開關(guān)柜內(nèi)，弧光可以迅速的在10ms內(nèi)達到3M遠，因此要想最大程度降低損失，保障運行、維護、操作人員的安全，時間是最主要的因素。根據(jù)國外經(jīng)驗數(shù)據(jù)，燃弧時間與設(shè)備損毀的關(guān)系如下：

（1）燃弧時間≤35ms，沒有顯著的損壞，一般可以再檢驗絕緣電阻后投入使用。

（2）燃弧時間≤100ms，損壞較小，在開關(guān)柜再次投入運行以前需要進行清潔或某些小的修理。

（3）燃弧時間≤500ms，設(shè)備損壞很嚴重，在現(xiàn)場的人員也受到嚴重的傷害，必須更換部分設(shè)備，更換才可以再投入運行。

3.2 常規(guī)保護的動作切弧時間

中低壓開關(guān)柜一般配備有過流速斷、變壓器后備、母線差動保護。保護動作出口時間加上開關(guān)機構(gòu)固有的動作延時以及斷路器的滅弧時間，造成實際的延遲息弧息弧時間會大于如下時間：

對瞬時性保護（速斷、母線差動）延時一般大于40～60ms（0s（整定值）+保護啟動出口延時10ms+斷路器分閘時間30～50ms）。

對變壓器后備保護一時限跳主變本側(cè)母聯(lián)500ms；二時限跳主變本側(cè)1000ms；三時限跳主變?nèi)珎?cè)1500ms（常規(guī)整定值）。

帶時限的過流（II段）保護延時300ms～500ms。

據(jù)以上分析可見，常規(guī)保護的故障切除時間很難確保設(shè)備安全再運行，現(xiàn)場多年實際運維經(jīng)驗也證明了這一點，幾乎所有的放電開關(guān)柜，不經(jīng)過防污閃處理或設(shè)備更換，做工頻耐壓試驗都不合格，大大增加了人力、財力、物力成本。

4 弧光保護原理簡介

電弧光保護動作判據(jù)為故障時需產(chǎn)生兩個條件：弧光和過電流。當(dāng)同時檢測到弧光和電流增量時發(fā)出跳閘指令信號；當(dāng)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，僅發(fā)告警信號，如圖5：

5 結(jié)束語

降低電弧損毀程度的關(guān)鍵是減少燃弧時間，只有以最快的速度將電弧切除才能最大限度的降低電弧對生命、財產(chǎn)、安全的破壞，實踐證明電弧光保護系統(tǒng)輸出跳閘信號時間小于1ms，即使加上斷路器固有跳閘息弧時間（30～50ms），也能確保燃弧時間不大于100ms，從而大大提高了設(shè)備的簡單處理再運行率，在安裝或者維護的時候也能保護操作人員的安全，有很好的經(jīng)濟、安全和推廣應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]TYSEN-KLD弧光保護技術(shù)說明書[Z].北京蒂森克羅德電力技術(shù)有限公司，2013.

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[3]電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)（GB50150-2006）[S].