ABB REA弧光保護系統(tǒng)在中低壓開關(guān)柜和母線中的應(yīng)用

鄭建飛

（國電南京自動化股份有限公司，南京 210032）

ABB REA弧光保護系統(tǒng)在中低壓開關(guān)柜和母線中的應(yīng)用

鄭建飛

（國電南京自動化股份有限公司，南京 210032）

介紹了中低壓開關(guān)柜內(nèi)弧光的危害，論述了ABB REA弧光保護系統(tǒng)的特點。以110 kV變電所為例，分析比較了各種防護方案的應(yīng)用效果，得出弧光保護是其最佳保護方案的結(jié)論。

弧光故障；中低壓開關(guān)柜，弧光保護系統(tǒng)；應(yīng)用效果

1 問題的提出

對于電力系統(tǒng)來說，運行安全是頭等大事。中低壓開關(guān)柜內(nèi)長期受弧光故障的困擾，其危害主要表現(xiàn)為對現(xiàn)場工作人員的傷害和對開關(guān)設(shè)備及鄰近配電設(shè)備的損害。弧光故障所釋放的巨大能量產(chǎn)生的高溫、高壓和各種電弧效應(yīng)會給附近的工作人員帶來嚴重傷害，而弧光短路產(chǎn)生的巨大短路電流也會對變壓器造成沖擊而使其絕緣損壞、壽命縮短，甚至燒毀，更危險的是，它還可能波及站用直流系統(tǒng)而發(fā)展成系統(tǒng)性故障，帶來更大的經(jīng)濟損失。

弧光故障產(chǎn)生的原因很多，主要分為元器件故障（或絕緣故障）、載流回路不良、外來物體及小動物侵入等意外事故或者誤操作。弧光保護的防護措施可分為一次設(shè)備防護和二次保護防護。提高開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)強度、密封隔離各單元室、設(shè)置釋放板和泄壓通道等屬于一次設(shè)備防護措施，能在一定程度上減少損壞程度，但這一措施屬于故障事后消極補救措施，而提高開關(guān)柜結(jié)構(gòu)強度及制造工藝要求，需要加大資金投入。相對而言，二次防護是一種積極防護手段，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生弧光故障時，通過保護動作快速切斷故障電流，打開故障開關(guān)柜斷路器，從而實現(xiàn)快速滅弧，在耐受燃弧時間內(nèi)切除故障，限制開關(guān)設(shè)備的損壞，阻斷故障發(fā)展的可能性，以避免更大的損失。在國內(nèi)電力系統(tǒng)中，常用過流保護來應(yīng)對開關(guān)柜內(nèi)的弧光故障，但其故障切除時間較長。國外有人曾提出一種利用饋線過流閉鎖進線速斷保護的閉鎖式保護方案，它與過流保護方案相比，保護的動作速度有了一定的提高，動作時間為200～300 ms［1］，而開關(guān)柜額定耐受電弧時間只有100ms［2］，顯然不理想。美國及歐洲諸國通過50多年的研究，形成了ABB，VAMP，TYSEN-KLD等從事弧光保護的專業(yè)廠商，推廣專業(yè)的弧光保護系統(tǒng)，成為弧光故障二次保護的最佳方案，ABB REA系列弧光保護就是其中的佼佼者。

2 ABB REA弧光保護系統(tǒng)

當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生弧光故障時，有一部分電流會擊穿空氣產(chǎn)生強烈的可見光（弧光）、聲波和壓力波，甚至是紅外線、紫外線或無線電頻率的輻射等，ABB REA系列弧光保護的功能就是檢測其中的可見光。當(dāng)開關(guān)柜中出現(xiàn)弧光故障時，感光光纖組成的可延伸弧光傳感器可快速檢測到弧光，系統(tǒng)同時會檢測到過流。當(dāng)2個條件同時滿足時，ABB REA弧光保護系統(tǒng)會迅速發(fā)出跳閘命令，快速跳開故障開關(guān)，迅速切斷故障電流，從而達到迅速滅弧之目的，弧光與過電流雙判據(jù)是該保護系統(tǒng)的重要特點。

ABB REA弧光保護系統(tǒng)由下列保護單元組成。

（1）REA 101型單元為弧光保護系統(tǒng)的主保護單元。

（2）REA 103型單元為弧光保護系統(tǒng)擴展及保護范圍分段模塊（擴展單元）。

（3）REA 105型單元為弧光保護系統(tǒng)擴展及高速可選跳閘單元（擴展單元）。

（4）REA 107型單元包含1～8個探頭光傳感器的擴展單元（擴展單元）。

REA系列弧光保護各單元還有其各自的先進特性，具體特點如下。

（1）REA101型主保護單元具有可靠跳閘的特性。它的動作極快且可調(diào)節(jié)，能對三相過電流進行測量；它擁有2個高速固態(tài)出口繼電器，可直接用于斷路器跳閘回路且能獨立使用；可通過2個RJ-45端口與1個或多個REA擴展單元連接；2個支持快速信號（跳閘，弧光，過流）的光纜連接器用于主單元REA101之間的信號傳輸，支持遠距離傳輸；通過固態(tài)出口繼電器可實現(xiàn)斷路器失靈保護。

伊恩·羅蘭的悲壯犧牲幾乎使斯通的探險計劃成為泡影。一個隊員護送伊恩的尸體回蘇格蘭。其余的隊員都憤怒地指責(zé)斯通，說他作為隊長，對洞穴著了迷，工作熱心得過了頭。一時間，探察隊里人們的關(guān)系緊張起來。幸好經(jīng)過會議表決后，剩下的隊員都同意留下，但他們要求攝影師韋斯·史基爾斯把洞穴已知部分用文字記錄下來。

（2）REA103型擴展單元具有2路傳感器輸入，可同時監(jiān)測兩段母線的弧光故障；每路傳感器各包含2個報警信號，可分別報警指示；2個RJ-45端口用于與REA101繼電器及其擴展單元的連接。

（3）REA105型擴展單元具有一路光纖型傳感器的輸入，可以和主單元配合使用；2個高速固態(tài)出口繼電器可直接用于斷路器的跳閘回路，還可對某一條重要線路單獨監(jiān)測；除了重載跳閘出口外，它還包含1個報警出口，可以連接至監(jiān)控系統(tǒng)作為報警輸入；3個RJ-45端口用于與1個或2個主保護單元及其擴展單元的連接；可作為2個REA101型主單元的通信連接單元；也可以獨立跳閘或由REA101型主單元重置。

（4）REA107型擴展單元具有8路探頭型傳感器的輸入，可單獨對8個開關(guān)柜進行弧光監(jiān)測，且相互獨立，不會因一個傳感器的故障而影響其他傳感器的正常監(jiān)測。該擴展單元每路傳感器輸入均有獨立的弧光信號指示燈，用于指示8個探頭所監(jiān)測的開關(guān)柜的弧光狀況。該擴展單元包含2個報警輸出信號，可以連接至監(jiān)控系統(tǒng)；2個RJ-45端口用于與1個或2個主保護單元及其擴展單元的連接。

3 應(yīng)用方案

近年來，ABB REA弧光保護系統(tǒng)在國內(nèi)電力系統(tǒng)中也有不少成功范例，下面以一個典型的110 kV變電所的實際應(yīng)用為實例，詳細介紹ABB REA弧光保護系統(tǒng)。

圖1為一個典型的110 kV變電所一次主接線圖，包含3回10 kV進線、3段母線及2個母聯(lián)；I段母線有6回10 kV出線，II段母線有6回10 kV出線，III段母線有9回10 kV出線。

圖1 一次主接線圖

設(shè)計要求弧光保護的目標(biāo)是能夠保護所有進線柜、10 kV三段母線、所有的10 kV出線柜、母聯(lián)柜和10 kV一次母排，同時還要對開關(guān)室內(nèi)的斷路器弧光故障進行保護。對應(yīng)上述要求，按弧光保護系統(tǒng)配置的標(biāo)準（如圖2所示）進行配置。

圖2 弧光保護系統(tǒng)配置圖

（1）在每回進線安裝1臺主控裝置REA101型單元，3回進線合計共有3套REA101型單元。

（2）配置REA101（M1）型單元用于進行I段進線柜和母線弧光故障的監(jiān)測，M1重載出口HSO1負責(zé)跳進線開關(guān)Q2，M1重載出口HSO2負責(zé)跳進線開關(guān)Q1（可操作跳底壓側(cè)進線開關(guān)Q2帶延時后跳進線高壓側(cè)開關(guān)Q1或不帶延時）。

（3）配置REA101（M2）型單元用于進行II段進線柜和母線弧光故障的監(jiān)測，M2重載出口HSO1負責(zé)跳進線開關(guān)Q5，M2重載出口HSO2負責(zé)跳進線開關(guān)Q4（可操作跳底壓側(cè)進線開關(guān)Q5帶延時后跳進線高壓側(cè)開關(guān)Q4或不帶延時）。

（4）配置REA101（M3）型單元用于進行III段進線柜和母線弧光故障的監(jiān)測，M3重載出口HSO1負責(zé)跳進線開關(guān)Q8，M3重載出口HSO2負責(zé)跳進線開關(guān)Q7（可操作跳底壓側(cè)進線開關(guān)Q6帶延時后跳進線高壓側(cè)開關(guān)Q7或不帶延時）。

（5）在母段II則安裝REA103型單元用于II段母線上10 kV出線柜弧光故障的監(jiān)測，而在母聯(lián)I，III段上則分別安裝REA105型單元，用于進行I，III段部分出線柜和母聯(lián)弧光故障的監(jiān)測。

（6）每臺裝置都有接口通過數(shù)據(jù)電纜互聯(lián)進行裝置之間的數(shù)據(jù)互通。

弧光保護系統(tǒng)設(shè)備清單見表1。

表1 弧光保護系統(tǒng)設(shè)備清單

4 結(jié)論

弧光故障所帶來的危害廣為人知，也得到了國內(nèi)電網(wǎng)設(shè)計及運營公司的重視，云南電網(wǎng)公司為此專門下發(fā)過文件，強調(diào)加裝弧光保護的重要性。本文所介紹的ABB REA弧光保護系統(tǒng)在110 kV變電所的應(yīng)用經(jīng)驗，可為其他遇到同類問題的有關(guān)單位提供借鑒和參考。

［1］賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理［M］.北京：中國電力出版社，1994.

（本文責(zé)編：王書平）

TM 564

：B

：1674-1951（2015）02-0027-03

鄭建飛（1977—），男，浙江武義人，工程師，從事電力綜合自動化系統(tǒng)方面的研究工作（E-mail：afare＠163.com）。

2014-02-18；

2014-10-14