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淺談電弧光保護裝置在水電站的配置方案

發(fā)布時間: 2023-05-29  點擊次數(shù): 283次

0前言

     電弧光是由于發(fā)生相間短路或接地短路時空氣電離而形成的。在我國電力系統(tǒng)中開關(guān)柜內(nèi)部電弧光故障時有發(fā)生,而一旦發(fā)生弧光故障將對人身及設備會帶來大的損害。

     水輪發(fā)電機組出口母線開關(guān)柜是水電站發(fā)電的重要輸電樞紐。在發(fā)生內(nèi)部故障時,是否能迅速地切除故障,對電站的生產(chǎn)至關(guān)重要。因為國標《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》(GB50062)及現(xiàn)行的電力行業(yè)規(guī)程規(guī)范未對6KV(10KV)母線保護作明確規(guī)定,因此水電站發(fā)電機出口母線一般未配置專用的快速母線保護,針對目前水電站中壓母線保護配置的現(xiàn)狀,非常有必要增設快速保護。國內(nèi)一些專家也一直強調(diào)裝設專用中低壓母線保護的重要性,用戶也希望可以提供一種造價較低,原理簡單、適用于6-35KV的母線保護,以大限度減少母線故障對設備的損害,提高輸電可靠性。

1配置弧光保護的必要性

     在電力系統(tǒng)中,35kV及以下電壓等級的母線由于沒有穩(wěn)定問題,一般未裝設母線保護。然而,由于中低壓母線上的出線多,操作頻繁,三相導體線間距離與大地的距離比較近,容易受小動物危害,設備制造質(zhì)量比高壓設備差,設備絕緣老化和機械磨損,運行條件惡劣,系統(tǒng)運行條件改變,人為和操作錯誤等原因,中低壓母線的故障幾率比高壓、壓母線高得多。但長期以來,人們對中低壓母線的保護一直不夠重視,也未發(fā)現(xiàn)先進合理的解決方案,因此,大多采用帶有較大延時的后備保護來切除母線上的故障,往往使故障被發(fā)展、擴大,從而造成巨大的經(jīng)濟損失。究其原因大多是因為沒有裝設中低壓母線保護,未能快速切除故障所造成。所以,為了保證變壓器及母線開關(guān)設備的運行,根據(jù)繼電保護快速性的要求,迫切需要配置專用中低壓母線保護。

     在這種情況下,電弧光保護成為了廣大水電站用戶中低壓母線保護的理想選擇。專用母線電弧光保護不僅動作速度快,可靠性高而且與其它專用母線保護相比具有價格優(yōu)勢。

     我國于2004年開始使用進口專用母線電弧光保護,目前電力系統(tǒng),尤其是發(fā)電系統(tǒng),約70-80的新建電廠均采用了專用母線電弧光保護。

2采用專用母線電弧光保護的好處

     由于光電式電弧光保護系統(tǒng)測量的光和電是兩個不同物理性質(zhì)的參數(shù),采用光信號,故障電流信號雙判據(jù)的動作原理決定了他的誤動率要比系統(tǒng)中其他主保護(包括發(fā)電機,變壓器、線路)誤動概率要小,既能保障高壓開柜運行,又不會影響電站正常生產(chǎn)。

采用專用母線電弧光保護具有以下幾個優(yōu)點:

1)保護附近工作人員免受電弧光對人身的傷害。

2)保護中低壓設備免受嚴重破壞,防止火災發(fā)生。

3)保護主變壓器或者廠用變壓器免受嚴重沖擊而損環(huán)。

4)防止波及站用直流系統(tǒng),避免造成巨大的經(jīng)濟損失。

5)大限度地減少用戶的停電時間(用戶停電恢復時間,由原來的2-3個星期減少到幾個小時以內(nèi))。

6)延長現(xiàn)有開關(guān)設備的使用壽命。


3水電站電弧光保護系統(tǒng)的配置方案

3.1電弧光保護系統(tǒng)配置

     電弧光保護系統(tǒng)一般由主單元、擴展單元及電弧光傳感器組成,由于采用弧光傳感器檢測電弧光,并通過高速固態(tài)出口輸出斷路器跳閘信號,該系統(tǒng)對電弧光的反應速度從檢測到電弧光到發(fā)出跳閘信號快時間不超過7毫秒。

     電弧光系統(tǒng)的保護動作機制:傳感器在檢測到母線弧光故障后,將弧光信號傳送給擴展單元,然后擴展單元通過總線將信號再傳遞給主單元。主單元在收到信號后,將向斷路器發(fā)出跳閘信號將進線斷路器跳聞,從而電弧光的發(fā)展。

     當傳感器檢測到電纜室的弧光故障時,擴展單元可直接跳本柜的斷路器,而不會影響到進線。


3.2電氣原理方案

1)正常情況下,裝置自檢、弧光傳感器自檢,如果發(fā)現(xiàn)弧光故障,均能給出弧光故障信息,同時,如果是裝置故障,將閉鎖跳閘出口,避免誤動作;此信號可由一個告警節(jié)點輸出至告警小母線或信號采集裝置。

2)母線因故產(chǎn)生電弧光,相應母線室的弧光傳感器檢測到弧光后,將信號上傳到擴展單元。

3)若為母線分段運行,各主單元在收到弧光信號的同時,比較自身采集到的電流信號?;」夂碗娏骶鶟M足判據(jù),則為本段母線發(fā)生弧光,發(fā)出跳閘信號,本段進線斷路器跳閘,從而熄滅電弧,同時給出跳閘信號。

4)如果電纜室發(fā)生弧光故障,則相應的擴展單元動作,跳相應的本柜斷路器。

5)若為單進線運行帶I、Ⅱ段母線,各母線的主單元收到弧光信號的同時,立即將弧光信號同步轉(zhuǎn)發(fā)至另外一個主單元。則工作進線的主單元收到弧光信號(本段傳來信號或者另一臺主單元轉(zhuǎn)發(fā)),且電流滿足條件,則發(fā)出跳閘信號,跳開分段斷路器,從而熄滅電弧,同時給出跳間信號,并保證其它母線正常運行。

6)失靈保護:若母聯(lián)斷路器失靈,則啟動失靈保護跳低壓側(cè)進線;若低壓側(cè)進線失靈,則啟動失靈保護跳高壓側(cè)斷路器。

7)若各段母線的主單元退出運行,則該段弧光保護退出。


4安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說明

ARB5-弧光主控單元


(1)*表示可選附件,需要另外增加費用1500元。

(2)主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。

(3)弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

(4)如有特殊要求,請?zhí)貏e注明。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)


6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現(xiàn)場安裝


弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。


7結(jié)束語

     隨著人們對電弧光故障的進一步研究和認識,許多水電站已開始應用電弧光保護系統(tǒng),像我公司設計的斜卡水電站、撒多水電站10kV高壓開關(guān)柜均配置了電弧光保護。

     我們建議水電站35kV以下母線增設電弧光保護系統(tǒng)作為母線主保護,從而彌補目前只有母線后備保護的技術(shù)缺陷。減少或避免開關(guān)柜內(nèi)部電弧光故障帶來的人身傷害,提高生產(chǎn)率:使開關(guān)及變壓器等主要設備損失降到低,在短時間內(nèi)恢復生產(chǎn);為水電站“無人值班、少人值守"生產(chǎn)模式提供必要的保障。


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