吳海莉，胡發(fā)明

(舟山電力局修試工區(qū)，浙江 舟山 316000)

目前，110 kV變電站三圈變保護(hù)主要包括:差動(dòng)/速斷保護(hù)、復(fù)壓方向過流保護(hù)、零序方向過流保護(hù)、間隙零序保護(hù)、零序過壓保護(hù)等，而中、低壓母線一般不配置專用的母線保護(hù)(如35 kV母線發(fā)生故障時(shí)一般由主變的復(fù)壓過流后備保護(hù)動(dòng)作來(lái)切除故障，整定時(shí)間通常約為2 s).隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和居民用電水平的提高，配電網(wǎng)容量逐漸增大，中低壓母線故障對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響越來(lái)越嚴(yán)重.從電力系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)況來(lái)看，因開關(guān)柜故障而引發(fā)火災(zāi)的事故并不少見，不僅使中壓開關(guān)設(shè)備嚴(yán)重?fù)p毀，而且可能損壞昂貴的變壓器，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失［1］.此外，這些事故如果處理不當(dāng)還會(huì)導(dǎo)致輸電網(wǎng)故障［2］，危害整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行.因此，為了快速切除開關(guān)柜故障，防止事故發(fā)生，有必要引入適應(yīng)其故障模式的中低壓母線保護(hù)系統(tǒng)［3］，以保證輸配電網(wǎng)的安全運(yùn)行.

母線是電力傳輸?shù)闹匾M成部分，母線保護(hù)的安全可靠直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定［4］.由于母線發(fā)生故障時(shí)常會(huì)伴隨產(chǎn)生電弧光，若不能及時(shí)排除母線故障，將給電力系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重危害.光電式電弧光保護(hù)系統(tǒng)在同時(shí)檢測(cè)到弧光和電流增量時(shí)會(huì)發(fā)出跳閘指令信號(hào)，跳開故障母線的電源回路以切除故障.該方法縮短了切除故障的時(shí)間，符合快速切除開關(guān)柜故障保護(hù)裝置的要求.因此，舟山電力局在110 kV南沙變電站35 kV開關(guān)柜中安裝了一套R(shí)IZNER-EagleEye電弧光保護(hù)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)快速切除開關(guān)柜故障.

1 電弧光保護(hù)的工作原理

電弧光保護(hù)系統(tǒng)采用弧光檢測(cè)和過電流檢測(cè)雙判據(jù)原理，當(dāng)同時(shí)檢測(cè)到弧光和電流增量時(shí)發(fā)出跳閘指令信號(hào)，當(dāng)只檢測(cè)到弧光或電流增量時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并不會(huì)發(fā)出跳閘指令，從而大大減少了由于保護(hù)設(shè)備的誤差而引起的誤動(dòng)作.變電站電弧光保護(hù)原理如圖1所示.

圖1 變電站電弧光保護(hù)原理

電弧光保護(hù)系統(tǒng)跳閘回路中采用了快速繼電器Triac技術(shù)，以確保保護(hù)系統(tǒng)在1 ms內(nèi)發(fā)出跳閘信號(hào)，使開關(guān)柜內(nèi)部電弧光故障總切除時(shí)間控制在100 ms以內(nèi)，而且在外觀上無(wú)明顯損壞.電弧光保護(hù)與一般過流保護(hù)的時(shí)間對(duì)照見表1.

表1 電弧光保護(hù)與一般過電流保護(hù)的時(shí)間對(duì)照 ms

由表1可以看出，通過檢測(cè)弧光信號(hào)和過電流信號(hào)閉鎖的雙判據(jù)原理，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)裝置的快速、可靠動(dòng)作.而且與一般保護(hù)相比，電弧光保護(hù)可以根據(jù)弧光傳感器的實(shí)際安裝位置實(shí)現(xiàn)分區(qū)保護(hù)的功能，弧光傳感器可以安裝在開關(guān)設(shè)備的任何位置(一般安裝在母線室內(nèi)，以檢測(cè)母線故障)，并在主控單元上顯示故障發(fā)生的位置，縮短了故障處理時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了快速恢復(fù)供電.

2 電弧光保護(hù)系統(tǒng)的組成

RIZNER-EagleEye電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要由主控單元、電源模塊、電流單元、弧光單元、弧光傳感器，以及連接各部件之間的光纖和數(shù)據(jù)線組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示.

該系統(tǒng)的工作過程如下:首先利用電源模塊對(duì)主控單元、電流單元、弧光傳感器、弧光輔助單元進(jìn)行供電;然后利用主控單元測(cè)量電流單元、弧光傳感器和弧光輔助單元的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電流過大，同時(shí)出現(xiàn)弧光現(xiàn)象時(shí)，開關(guān)動(dòng)作切斷母線，以實(shí)現(xiàn)對(duì)母線的保護(hù).在其他情況下，認(rèn)為系統(tǒng)正常，則開關(guān)不動(dòng)作.

圖2 電弧光保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1 主控單元

主控單元(EagleEye-MU)是電弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心部件，用于管理、控制整套系統(tǒng)，以及檢測(cè)故障電流和弧光信號(hào)，并對(duì)收到的兩種信號(hào)進(jìn)行判斷和處理.在滿足跳閘條件時(shí)，發(fā)出跳閘指令以切除故障.

主控單元通常安裝在母線系統(tǒng)電源進(jìn)線柜或進(jìn)線柜旁邊開關(guān)柜的二次控制室門板上.主控單元有4個(gè)數(shù)據(jù)輸入接口，可接24個(gè)弧光單元或電流單元;輸出接口包括4路快速輸出和6路常規(guī)繼電器跳閘輸出;共有4+16個(gè)弧光檢測(cè)接口.當(dāng)弧光信號(hào)輸入超過16個(gè)時(shí)，可采用弧光單元.此外，主控單元根據(jù)弧光單元或者弧光傳感器輸送的信號(hào)，能夠準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)的位置.

2.2 電流單元

電流單元(EagleEye-CR)用于檢測(cè)A，B，C 3相的過電流信號(hào)，同時(shí)可匹配5 A，2 A，1 A的電流互感器，并可以通過面板上的電位計(jì)進(jìn)行電流的整定，整定范圍為50% ～500%.電流單元檢測(cè)到的信號(hào)通過光纖和數(shù)據(jù)線傳輸至主控單元，主控單元依據(jù)已設(shè)定的邏輯來(lái)判斷是否發(fā)出跳閘指令.電流單元通常安裝在電源進(jìn)線柜內(nèi)，每個(gè)電源進(jìn)線都應(yīng)裝設(shè)一個(gè)電流單元.

2.3 弧光傳感器

專用于母線保護(hù)的無(wú)源弧光傳感器(EagleEye-FLS)通常安裝在開關(guān)柜的母線室內(nèi)，是探測(cè)弧光的光感應(yīng)元件.當(dāng)發(fā)生電弧光故障時(shí)，光強(qiáng)度大幅度增加，弧光傳感器可以直接將光信號(hào)傳送給主控單元或者弧光單元.

3 110kV南沙變電站弧光保護(hù)實(shí)施方案

110 kV南沙變電站35 kV開關(guān)柜為單母分段接線，共有10面開關(guān)柜，配置一個(gè)主控單元，安裝在1#主變壓器進(jìn)線開關(guān)柜的面板上;2個(gè)電流單元，分別安裝在1#主變壓器的和2#主變壓器的進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi);為了與第1段母線區(qū)分和減少光纖的敷設(shè)，在第2段母線上裝設(shè)了1個(gè)弧光輔助單元和1個(gè)弧光傳感器一面柜，弧光輔助單元安裝在35 kV母分開關(guān)柜內(nèi)，弧光傳感器一面柜安裝在母線室內(nèi)，其電流單元電流整定值為額定電流的2.5倍.35 kV開關(guān)柜的第1段和第2段母線弧光保護(hù)配置如圖3所示.

該弧光保護(hù)裝置的動(dòng)作原理如下:當(dāng)?shù)?段母線發(fā)生故障，弧光保護(hù)裝置檢測(cè)到弧光信號(hào)，且電流單元檢測(cè)到的主變電流大于整定電流時(shí)，保護(hù)裝置發(fā)出跳閘指令，跳開1#主變壓器35 kV開關(guān)和母分開關(guān)，將故障隔離.第2段母線的動(dòng)作原理也是如此.35 kV開關(guān)柜內(nèi)第1段和第2段母線主控單元邏輯示意如圖4所示.

圖3 35 kV兩段母線弧光保護(hù)配置

圖4 35 kV兩段母線主控單元邏輯示意

4 電弧光保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題與建議

電弧光保護(hù)系統(tǒng)是一種新型的保護(hù)系統(tǒng)，除了跳閘回路和信號(hào)回路采用電纜連接外，其主控單元、電流單元、弧光單元、弧光傳感器之間均采用光纖和數(shù)據(jù)線連接，因此其可靠性較高.但在實(shí)際應(yīng)用中，也存在以下問題.

(1)弧光傳感器的校驗(yàn)問題 按規(guī)定，當(dāng)開關(guān)柜發(fā)生故障拉弧時(shí)，其照度約為100 klx，因此在電弧光保護(hù)系統(tǒng)投入運(yùn)行前，應(yīng)將弧光單元面板上的照度調(diào)整為30 klx.但在現(xiàn)場(chǎng)，通常是用手電筒照射來(lái)進(jìn)行照度校驗(yàn)，手電筒的照度、照射距離，以及開關(guān)柜的光線對(duì)照度測(cè)量的影響等都沒有測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，不便于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化校驗(yàn)工作，也不利于維護(hù)人員做出精確判斷.

(2)電弧光保護(hù)系統(tǒng)歸口管理問題 電弧光保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)屬于傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置還是開關(guān)柜的本體保護(hù)設(shè)備，仍需進(jìn)一步明確.

為此，筆者提出如下建議:一是希望相關(guān)保護(hù)的測(cè)試儀廠家能盡快研制出適用于電弧光保護(hù)的校驗(yàn)裝置，用于對(duì)弧光傳感器的校驗(yàn)，以便于維護(hù)人員判斷保護(hù)的正確性;二是建議相關(guān)部門參照主變壓器非電量保護(hù)的管理模式，對(duì)電弧光保護(hù)系統(tǒng)的歸口問題進(jìn)行劃分.

5 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代微機(jī)和光電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型母線保護(hù)原理和裝置不斷出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)中低壓專用母線保護(hù)提供了各種解決方案.電弧光保護(hù)作為一種針對(duì)中壓開關(guān)柜故障特性開發(fā)的中低壓母線保護(hù)系統(tǒng)，具有原理簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠迅速，以及對(duì)變電站一次設(shè)備無(wú)特殊要求、適用于各種運(yùn)行方式且在各種運(yùn)行方式下保護(hù)裝置不需要切換等優(yōu)點(diǎn)，為用戶提供了一個(gè)理想的解決方案.

［1］金文龍，陳建華，李光范，等.全國(guó)110 kV及以上等級(jí)電力變壓器短路損壞事故統(tǒng)計(jì)分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1999，23(6):72-73.

［2］梁秀紅，劉延慧.預(yù)防主變壓器因外部短路引起損壞事故的對(duì)策［J］.科技信息，2007(32):293-299.

［3］潘貞存，王葵，杜世雙，等.中低壓母線加裝專用繼電保護(hù)的必要性和幾種方案的探討［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2002，26(9):76-77.

［4］劉蓉輝，熊虎崗.微機(jī)母線保護(hù)比較及相關(guān)問題的對(duì)策［J］.華北電力，2009(10):19-21.