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弧光保护装置弧光短路引起的停电事故的技术措施

时间:2025-06-27点击次数:340

       随着变配电系统中6kV一35kV中低压开关柜的广泛应用,由开关柜内发生弧光短路故障而引发的供配电设备损坏事故Et益增多。中低压开关柜在内部发生短路故障时,必然出现电弧光的现象,而电弧光是供电设备损坏的能量来源。目前电网内无人值守的变电站数量迅速增多,但存在保护不完善的弱点,由于开关柜的弧光短路故障没有得到及时,发展为中低压母线故障,事故范同扩大,弧光短路故障的高温、高压、高能通常会烧毁整段母线设备,造成变电站供电区域大面积停电的严重事故,进而造成重大的经济损失。因此,在6kV~35kV中低压开关柜内安装快速、可靠的电弧光保护装置,检测并切除开关柜内的弧光短路故障,防止事故扩大,提高供电可靠性是十分有必要的。

1.电弧光短路故障产生的原因及特性、危害

       电弧光短路故障是电力系统中比较常见的故障,绝缘损坏、外来物体进入、人为操作失误、设备老化以及系统方面的原因都可能引起电弧光短路故障。电弧是放电过程中发生的一种现象,当两点之间的电压超过其工频绝缘强度限时就会发生。当两点之间的电压升高时,在电近处空气中的正负离子被电场加速,在移动过程中与其它空气分子碰撞产生新的离子,这种离子大量增加的现象称为“电离”,空气被电离的同时,温度随之急剧上升产生电弧,这种放电称为弧光放电。弧光放电一般不需要很高的电压,属于低电压大电流放电。只要放电点两端的电压提供的能量足以补偿热损耗并维持适当的温度条件,电弧将会持续发生如果电弧被拉长和冷却,电弧会因维持它的必要条件缺,大进而熄灭。

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中低压歼关柜柜体内形成电弧的过程可分为4个阶段。

1)压缩阶段:电弧占据了整个空气空间.柜内的空气被加热;

2)扩展阶段:柜体内压力增加,在这个阶段其压力达到大值.并因为热空气的释放而开始减弱;

3)发射阶段:由于电弧能量的持续释放.几乎所有的柜内空气被压力挤压出去;

4)发热阶段:在驱逐出空气后,柜内的温度几乎达到电弧的温度,直至熄灭。此时,所有金属和绝缘体在受到产生的气体、炯雾和溶蚀物质颗粒的侵蚀后融为一体。

       发生电弧的故障点局部高温达2000℃一3000℃,可轻易引燃周边可燃物质,不仅可能烧毁开关设备、导线、电缆,更甚者可能引起恶性电气短路,引发火灾。在有人值守运行的场所,电弧光还可能会对运行人员产生强光、、辐射、有毒气体等人身伤害。

2.电弧光保护的应用


2.1弧光保护原理
       电弧光保护主要是通过对检测弧光与故障电流,将总故障切除时间控制在开关柜可承受的燃弧时间内,将弧光短路的危害降到低。电弧光保护系统测量的光和电拥有完全不同的物理性质的参数,系统利用光与电相与的判据原理,当个判据均满足动作要求时,发出跳闸命令动作于断路器跳闸(如图2所示)。目前的电弧光保护响应速度,从电弧光到继电器跳闸输出仅需要5ms~7ms的时间。
2.2 电弧光保护在油田电网的应用
       国外在20世纪90年代初开始将弧光保护用于中低压开关柜内部故障保护,目前电弧光保护在欧美国家得到广泛的应用。中国于2000年后开始使用进口母线电弧保护,2010年后国产自主知识产权的产品也已投入市场。

      目前在新疆油田电网实际建设运行中.对供电可靠性要求较高、停电后会产生较为严重损失的变电站(如新疆油田公司数据中~35kV变电站、克拉玛依石化公司1#llOkV变电站)内的6kV~35kV开关柜均安装了电弧光保护装置。项目中采用了电弧光保护装置(如图3所示),在变电站内每段10kV高压开关柜内装设一套电弧光保护装置,完成在弧光短路故障下对母线和电缆头的快速保护,可以避免弧光故障时产生的电弧光对设备及人员造成的严重伤害。在各回路的母线室、电缆头室分别配置弧光点传感器,当母线室内发生弧光故障时,快速断开本段母线的进线断路器和母联断路器;电缆头室发生弧光故障时,快速断开出线回路断路器而不影响母线及其他回路,故障扩大,减少停电范围。


     电弧光装置由控制主单元、I/O单元、弧光传感器以及通讯连接电缆组成。其中主控单元主要功能为接收直接弧光扩展单元的弧光信号,对两组三相电流、零序电流、零序电压检测。通过对接收到的数据进行处理,通过电流过流和弧光双重判据,进行编程,发出跳闸指令。同时对所有单元持续自检,具有断路器失灵保护和弧光故障定位功能;弧光扩展单元功能主要为接人多个弧光传感器(可多接人12个弧光传感器)解决了主控单元弧光传感器接入接口少的问题,接收弧光信号后将弧光信号传输给主控单元、完成电缆头弧光保护的跳闸输出。弧光传感器具有270°的检测范围,直接连接至弧光扩展单元,用于弧光的实时监测。通讯电缆:在主控单元与扩展单元和弧光传感器之间传输电源、监控信号和跳闸信号。目前弧光保护装置的整定值应小于主变后备保护过流I段定值,保护动作时间应小于5ms。
技术参数


       随着电网的不断发展,中低压开关设备在电网与用户之间的“枢纽”作用越来越显著,而弧光短路故障对中低压开关设备的损坏以及对电力系统运行带来了严重影响。电弧光保护作为一种可以快速切除中低压开关柜内弧光短路故障的技术手段,具有原理简单、动作可靠迅速等优点。因此,随着人们对电弧光保护认识的深入,其运行和整定也将更加成熟和完善,在丁程实践中推广使用电弧光保护。弧光短路故障对中低压开关设备的影响,保用户用电可靠性要求,具有重要的现实意义。





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