10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)的試驗(yàn)調(diào)試研究

區(qū)均方

摘要：10kV開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行的過(guò)程中很容易出現(xiàn)電弧光，引起能量變化、電流波動(dòng)等，嚴(yán)重影響了開(kāi)關(guān)柜的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。本研究從10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)原理和系統(tǒng)組成出發(fā)，分析弧光保護(hù)中的關(guān)鍵事項(xiàng)。在該基礎(chǔ)上選擇測(cè)試光源、光照度計(jì)、繼電保護(hù)試驗(yàn)儀，對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)裝置性能進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試，以達(dá)到最佳的保護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)柜;弧光保護(hù);組成;試驗(yàn)調(diào)試

開(kāi)關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全系數(shù)直接影響著輸配電效益，是運(yùn)維管理的重中之重。一般開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行中受環(huán)境等影響容易會(huì)產(chǎn)生弧光放電，引起電流波動(dòng)，這類電流無(wú)法達(dá)到保護(hù)定值的要求，導(dǎo)致其無(wú)法及時(shí)切斷故障區(qū)域。久而久之，不僅會(huì)影響開(kāi)關(guān)柜的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至直接導(dǎo)致裝置損壞，引起大面積斷電，在開(kāi)關(guān)柜管控中需全面重視。

1 10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)分析

1.1 基本原理

弧光放電主要是由于短路過(guò)流引起氣體擊穿導(dǎo)致，可引發(fā)強(qiáng)烈光輝并產(chǎn)生高溫。這種高強(qiáng)弧光會(huì)對(duì)眼睛造成傷害，高溫灼燒也會(huì)造成裝置損壞，同時(shí)其燃燒產(chǎn)生的毒氣還會(huì)影響人們的呼吸道。為消除弧光放電的危害，10kV開(kāi)關(guān)柜可利用“感光+電流”檢測(cè)機(jī)制作為故障判據(jù)，即通過(guò)測(cè)定是否存在弧光或電流驟增，根據(jù)弧光及電流驟增量判斷是否達(dá)到整定值，一旦達(dá)到或超過(guò)整定值，即發(fā)出弧光保護(hù)跳閘指令使開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳閘。

1.2 系統(tǒng)組成

10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)主要包括檢測(cè)回路、斷路器回路、屏蔽保護(hù)、主控單元等，如圖1所示。

其中，弧光傳感器可以采集開(kāi)關(guān)柜中重點(diǎn)裝置的電流、電壓數(shù)據(jù)，將其傳輸?shù)诫妷弘娏鳈z測(cè)回路和弧光檢測(cè)單元中，判斷電壓電流是否異常、是否存在弧光電流等?；」庵骺貑卧鶕?jù)兩側(cè)檢驗(yàn)單元的分析報(bào)告，第一時(shí)間查找弧光故障點(diǎn)，控制斷路器進(jìn)行故障區(qū)域隔離，從而最大限度降低10kV開(kāi)關(guān)柜弧光事故風(fēng)險(xiǎn)。

2 10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)的試驗(yàn)調(diào)試

10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)要求較高，需針對(duì)運(yùn)行環(huán)境、裝置儀器、保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行保護(hù)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，這樣才能夠使10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)裝置達(dá)到最佳效果，實(shí)現(xiàn)10kV開(kāi)關(guān)柜安全效益和經(jīng)濟(jì)效益的全面提升。

2.1 儀器選擇

本次研究過(guò)程中以某縣級(jí)中壓配網(wǎng)中的10kV開(kāi)關(guān)柜為例，研究開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)試驗(yàn)調(diào)試中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，具體內(nèi)容如下。

（1）試驗(yàn)光源。某縣級(jí)中壓配網(wǎng)中的10kV開(kāi)關(guān)柜使用的ABB公司生產(chǎn)的REA100系列弧光保護(hù)裝置，其試驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中可配合多種光源，測(cè)定弧光保護(hù)感光探頭的檢測(cè)效果并進(jìn)行參數(shù)調(diào)試。光源環(huán)境模擬縣域內(nèi)10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境中的可見(jiàn)光情況，設(shè)置見(jiàn)表1。

為測(cè)定試驗(yàn)光源強(qiáng)度，在測(cè)試調(diào)試過(guò)程中還選取大量程光照度計(jì)?？蛇x擇LX1010B型號(hào)手持式儀器，其量程在1～50000 lx，精度可達(dá)1 lx，操作時(shí)將儀器直接置于試驗(yàn)光源環(huán)境中測(cè)定即可，非常便捷。

（2）測(cè)試儀器。10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)性能測(cè)試的過(guò)程中，應(yīng)使用繼電保護(hù)裝置對(duì)切斷弧光電流的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)定，其選擇過(guò)程中應(yīng)注意測(cè)定的精度。本次試驗(yàn)中選擇PW31E繼電保護(hù)微機(jī)試驗(yàn)儀作為主要裝置，其精確度可達(dá)到±0.1%。

2.2 試驗(yàn)調(diào)試

2.2.1 感光試驗(yàn)及調(diào)試

10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)投入使用首先需對(duì)傳感器的感光效果進(jìn)行測(cè)試，按照結(jié)果調(diào)整傳感器位置、感光角度等。試驗(yàn)調(diào)試環(huán)節(jié)可先將透鏡式弧光傳感器分別安裝在開(kāi)關(guān)室和電纜室中，若區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)感應(yīng)強(qiáng)度內(nèi)的弧光，即發(fā)出感光信號(hào)，傳輸?shù)交」鈾z測(cè)裝置中，生成弧光保護(hù)響應(yīng)動(dòng)作指令，致使弧光保護(hù)動(dòng)作。

本次主要在10kV開(kāi)關(guān)柜容易產(chǎn)生弧光的開(kāi)關(guān)室進(jìn)行感光測(cè)試，分別用5種光源在以上試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行照射。同時(shí)，通過(guò)LX1010B型號(hào)手持式儀器測(cè)定光源照度值，觀察10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)是否動(dòng)作，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

從上述測(cè)試結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)：使用透鏡式弧光傳感器進(jìn)行10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)的靈敏度較高，在工況中誤動(dòng)情況較少，可準(zhǔn)確感應(yīng)電弧光并保護(hù)。在測(cè)試點(diǎn)3和測(cè)試點(diǎn)4區(qū)域，存在大強(qiáng)度照明設(shè)備直射，透鏡式弧光傳感器感光強(qiáng)度高，會(huì)引起弧光保護(hù)誤動(dòng)。調(diào)試過(guò)程中應(yīng)調(diào)整此間透鏡式弧光傳感器的位置、角度，避免由上述照明裝置引起的10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)誤動(dòng)。

2.2.2 響應(yīng)試驗(yàn)及調(diào)試

10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)投入使用前，還要對(duì)保護(hù)動(dòng)作靈敏度和可靠性進(jìn)行測(cè)定，依照試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)試，以確保在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到故障切除。試驗(yàn)調(diào)試時(shí)使用大強(qiáng)度照明裝置作為試驗(yàn)光源，在10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)中接入PW31E繼電保護(hù)微機(jī)試驗(yàn)儀，測(cè)定探照燈直射時(shí)的弧光保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，觀察現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)投切情況。

測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，透鏡式弧光傳感器感應(yīng)到探照燈直射光后3ms左右，10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)動(dòng)作，基本滿足響應(yīng)需求，但容易因光源使用不當(dāng)導(dǎo)致感光誤動(dòng)。為解決上述問(wèn)題，試驗(yàn)調(diào)試環(huán)節(jié)增加電流閉鎖判據(jù)，將10kV開(kāi)關(guān)弧光保護(hù)系統(tǒng)中電壓電流回路檢測(cè)模塊中采集到的瞬時(shí)電流同時(shí)作為弧光保護(hù)判斷依據(jù)。若回路中檢測(cè)到故障電流且透鏡式弧光傳感器中發(fā)出感光信號(hào)，即響應(yīng)10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)動(dòng)作，其增加后的響應(yīng)時(shí)間見(jiàn)表3。

經(jīng)試驗(yàn)，10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)中增加電流判據(jù)后，基本不影響弧光保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間，且避免了保護(hù)誤動(dòng)，從根本上提升了10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)的可靠性、穩(wěn)定性和有效性。

2.3 使用效果

從安全性能而言，10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)試驗(yàn)調(diào)試工作有效提升了弧光保護(hù)的可靠性和準(zhǔn)確性，減少了弧光事故發(fā)生后的保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，降低了區(qū)域故障斷電的可能性。將試驗(yàn)調(diào)試后的10kV開(kāi)關(guān)柜REA100系列弧光保護(hù)裝置投入使用后，2019年某縣級(jí)配網(wǎng)共檢測(cè)弧光故障、執(zhí)行弧光保護(hù)動(dòng)作百余次，保護(hù)動(dòng)作可靠性達(dá)到99.1%，除1起因REA100系列弧光保護(hù)裝置故障引起的保護(hù)誤動(dòng)外，其他保護(hù)操作執(zhí)行均準(zhǔn)確、及時(shí)、有效，使區(qū)域內(nèi)用戶平均故障時(shí)間縮短到2.1h。

從經(jīng)濟(jì)角度而言，對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試可以從根本上增強(qiáng)弧光保護(hù)系統(tǒng)的整體性能，減少資源浪費(fèi)和設(shè)備經(jīng)濟(jì)損失。某縣級(jí)中壓配網(wǎng)中的10kV開(kāi)關(guān)柜REA100系列弧光保護(hù)裝置經(jīng)調(diào)試投入使用后，其適用范圍更廣，可靠性更高，能夠在最短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確切斷故障區(qū)域，避免嚴(yán)重開(kāi)關(guān)柜事故，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了保障，在一定程度上改善了10kV配網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

3 總結(jié)

10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)投入使用過(guò)程中，必須先依照開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行工況及易發(fā)生弧光事故區(qū)域現(xiàn)狀，開(kāi)展有效測(cè)試和調(diào)試。對(duì)容易出現(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)等因素進(jìn)行排除，使10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。尤其是在傳感器選擇和動(dòng)作響應(yīng)設(shè)置的過(guò)程中，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試調(diào)試，使其能夠完全符合10kV開(kāi)關(guān)柜弧光保護(hù)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能夠最大限度提升10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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