徐 明，羅 建

(1.重慶大學(xué)，重慶400044;2.重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶400053)

隨著電力系統(tǒng)配電網(wǎng)容量增大，10 kV開關(guān)柜設(shè)備故障對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響越大，經(jīng)常會(huì)有開關(guān)柜和母線因絕緣損壞、操作失誤、設(shè)備老化等原因產(chǎn)生弧光而被燒毀的現(xiàn)象，人員會(huì)被電弧攻擊，造成人員傷害?；」猱a(chǎn)生初期80 ms內(nèi)對(duì)設(shè)備損傷比較小，傳統(tǒng)的電流保護(hù)和接地故障保護(hù)由于檢測(cè)周期長(zhǎng)，動(dòng)作時(shí)間慢，不能抑制弧光故障的危害。弧光保護(hù)可以快速發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，切除相關(guān)斷路器。目前弧光保護(hù)最快保護(hù)出口時(shí)間可達(dá)到2.5 ms。雖然弧光保護(hù)能夠快速保護(hù)，但是其現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和校驗(yàn)卻比傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置復(fù)雜，目前還沒(méi)有專門的調(diào)試和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

本文以某110 kV變電站的10 kV開關(guān)柜安裝ABB公司的REA100系列型弧光保護(hù)系統(tǒng)為例，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)一系列的試驗(yàn)，為弧光保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和試驗(yàn)提供經(jīng)驗(yàn)。

1 弧光保護(hù)試驗(yàn)儀器

1.1 試驗(yàn)光源選擇

弧光保護(hù)感光探頭主要安裝在10 kV開光柜的開關(guān)室和電纜室。雖然開關(guān)室和電纜室相對(duì)封閉，但是由于巡視、檢修等工作的開展，帶電設(shè)備的輕微放電，絕緣子的閃絡(luò)，以及開關(guān)柜上的觀察孔、內(nèi)部照明燈等的設(shè)置，都會(huì)使感光探頭感受到電弧光以外的可見(jiàn)光。模擬可能的幾種光線來(lái)對(duì)弧光保護(hù)進(jìn)行檢測(cè)。

(1)巡檢燈光及柜內(nèi)照明:采用常規(guī)燈珠型手電筒、350流明LED型手電筒和40 W白熾燈三種光源設(shè)備模擬。

(2)自然光:采用三基色20 W節(jié)能燈。

(3)帶電設(shè)備放電:采用電擊器。

(4)設(shè)備檢修可能出現(xiàn)的大強(qiáng)度照明:采用照相機(jī)閃光燈(閃光指數(shù)約為10)。

(5)電弧光:采用金鹵光燈。

1.2 試驗(yàn)用測(cè)試儀器

(1)LX1010B光照度計(jì):一臺(tái)手持式光照度計(jì)，尺寸為11.6×7×2.9(cm)，測(cè)量范圍為1 lx～50 000 lx，精度為 1 lx。

(2)PW31E繼電保護(hù)微機(jī)試驗(yàn)儀:一臺(tái)一體化設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)測(cè)試儀，尺寸為364 mm×200 mm×415 mm，交流電流輸出范圍為3x30A/270VA，準(zhǔn)確度為±0.1%，交流電壓輸出范圍為4 x120V/60VA，準(zhǔn)確度為±0.1%。

2 弧光保護(hù)調(diào)試及試驗(yàn)

試驗(yàn)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行，以確保弧光保護(hù)裝置能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)情況，確保弧光保護(hù)裝置的可靠和快速，為今后弧光保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和試驗(yàn)探索經(jīng)驗(yàn)。

2.1 光源試驗(yàn)位置選擇

出線柜開關(guān)室等同于一個(gè)立方體室，開關(guān)室內(nèi)置開關(guān)操作機(jī)構(gòu)和滅弧室，內(nèi)壁為母線和出線金屬觸頭。電纜室呈L型，下部等同L長(zhǎng)邊，比較空，無(wú)遮擋物，后部等同L短邊，有CT、出線電纜、觀察孔、柜內(nèi)照明燈等?？偮烽_關(guān)柜、PT柜、電容器柜、站變柜又有所差別。ABB公司REA100系列弧光保護(hù)安裝在開關(guān)柜內(nèi)的安裝示意圖如圖1所示。

圖1 開關(guān)柜弧光保護(hù)及感光器安裝示意圖

試驗(yàn)光源位置的設(shè)置按照靠近易發(fā)光及易產(chǎn)生弧光的位置進(jìn)行考慮，開關(guān)室置入開關(guān)后在8個(gè)邊角、開關(guān)機(jī)構(gòu)內(nèi)(選3個(gè)點(diǎn))、滅弧室(選3個(gè)點(diǎn))、開關(guān)金屬觸頭、二次室與開關(guān)室的縫隙處安置光源。電纜室在底部和上部6個(gè)邊角、電纜接頭處、CT處(選3個(gè)點(diǎn))分別安置光源。光源安置見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)光源安置位置(標(biāo)注的位置)

2.2 光源光照強(qiáng)度測(cè)試

各光源設(shè)備一般按光通量流明(Lumen/lm)進(jìn)行標(biāo)注，弧光保護(hù)則按照光照度:勒克斯(Lux/lx)進(jìn)行測(cè)量，流明和勒克斯之間的關(guān)系為被光均勻照射的物體，在1平方米面積上得到的光通量是1流明時(shí)，它的照度是1勒克斯，即1 lx=1 lm/m2。一般來(lái)說(shuō)自然光的照度為150～300 lx，而電弧光的照度可達(dá)到10 000 lx以上。

采用LX1010B光照度計(jì)進(jìn)行光照度測(cè)試，測(cè)試步驟如下所示。

(1)將各光源設(shè)備用照度計(jì)分別進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試其照度值，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，金鹵燈的照度最大，并且輻射范圍廣，由于存在聚焦問(wèn)題，因此在25 cm處達(dá)到70 000 lx的最大照度;LED電筒由于光線集中，照度計(jì)感受到的照度也比較大，5 cm處達(dá)到60 000 lx;在測(cè)試過(guò)程中肉眼感受到光線最強(qiáng)的是照相機(jī)閃光燈，但是測(cè)試始終只有200 lx左右，該照度計(jì)采樣頻率為2次/秒，而閃光燈的最大亮度保持時(shí)間短，因此無(wú)法測(cè)量出其照度真實(shí)值;電擊器所打出的電火花由于亮度微弱，照度計(jì)的測(cè)量值很小。從測(cè)試結(jié)果還可以看出，隨著光源距離的變遠(yuǎn)，照度值下降幅度較大。

表1 各光源設(shè)備照度值

(2)將開關(guān)搖出后，在自然光線下將弧光保護(hù)調(diào)節(jié)至動(dòng)作，用照度計(jì)在感光探頭位置測(cè)試目前的照度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。在開關(guān)場(chǎng)內(nèi)打開頂部日光燈，照度計(jì)測(cè)試到環(huán)境照度有200～300 lx，但由于感光探頭均安裝在柜內(nèi)，即使開關(guān)場(chǎng)的照明全開，柜內(nèi)測(cè)試的照度仍為0 lx，弧光保護(hù)不能動(dòng)作。

(3)弧光保護(hù)擴(kuò)展單元REA107有撥盤，可調(diào)節(jié)感光靈敏度，為了測(cè)試其調(diào)節(jié)范圍，將照度計(jì)的感光器與感光探頭捆綁在一起，使其感光量基本一致，用40 W白熾燈照射，弧光保護(hù)的感光靈敏度調(diào)節(jié)范圍由照度計(jì)的讀數(shù)來(lái)看在300～800 lx之間。

(4)將弧光保護(hù)REA101、REA107的感光靈敏度均調(diào)節(jié)至最不靈敏狀態(tài)，用各種光源在不同位置發(fā)光，記錄弧光保護(hù)的動(dòng)作情況，并用照度計(jì)在探頭位置測(cè)試照度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2?？紤]各出線開關(guān)柜結(jié)構(gòu)一致，因此只選擇其中一個(gè)開關(guān)柜進(jìn)行全面試驗(yàn)，試驗(yàn)中有幾點(diǎn)是存在測(cè)試誤差的:一是各種光源設(shè)備大小不一，難以保證每種光源在每個(gè)部位的測(cè)試位置完全一致;二是電筒、閃光燈、金鹵燈等光源的光線具有指向性，很小的角度偏差都會(huì)造成測(cè)試結(jié)果有較大差異;三是透鏡式弧光傳感器為探頭形狀，而照度計(jì)的光感應(yīng)區(qū)為一直徑5 cm的圓面，雖然在測(cè)試時(shí)盡量保證感光度一致，但是照度計(jì)的讀數(shù)并不能完全代表弧光保護(hù)感光探頭的感光度，只能作為一個(gè)參考值。測(cè)試中由于開關(guān)柜設(shè)計(jì)比較緊湊，開關(guān)推入柜內(nèi)后有些位置光源設(shè)備無(wú)法到達(dá)，部分測(cè)試項(xiàng)目是無(wú)法實(shí)施的，在測(cè)試表中均進(jìn)行了標(biāo)注。

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，透鏡式弧光傳感器是比較靈敏的，即使將保護(hù)裝置調(diào)節(jié)至感光最不靈敏狀態(tài)，常用的白熾燈和節(jié)能燈照射范圍在30 cm內(nèi)，都會(huì)使弧光保護(hù)動(dòng)作。一般巡視使用的LED手電筒，范圍在1 m以內(nèi)，直射探頭都會(huì)使弧光保護(hù)動(dòng)作。但是總路柜所使用的纏繞式光纖則光靈敏度較低，即使將REA101調(diào)節(jié)至最靈敏狀態(tài)，測(cè)試表中所列的所有光源設(shè)備，近距離照射均無(wú)法使弧光保護(hù)動(dòng)作，只有用閃光指數(shù)達(dá)到40的外置式閃光燈，才能使弧光保護(hù)動(dòng)作。

表2 感光探頭安裝處照度值(弧光保護(hù)感光最不靈敏狀態(tài))

續(xù)表2

2.3 弧光保護(hù)動(dòng)作時(shí)間檢測(cè)

對(duì)弧光保護(hù)的整體動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，本次工程采用單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，PW31E繼電保護(hù)微機(jī)試驗(yàn)儀一臺(tái)，40 W白熾燈一個(gè)。單刀雙擲開關(guān)分別接通光源回路和微機(jī)試驗(yàn)儀啟動(dòng)接點(diǎn)回路，擬測(cè)試以下時(shí)間。

(1)不經(jīng)電流判據(jù)，光源發(fā)光到弧光保護(hù)出口接點(diǎn)動(dòng)作的時(shí)間，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3中的時(shí)間測(cè)試1。該項(xiàng)目主要測(cè)試弧光保護(hù)對(duì)弧光的響應(yīng)時(shí)間，測(cè)試了幾次，動(dòng)作時(shí)間均在40 ms左右。這個(gè)結(jié)果與弧光保護(hù)說(shuō)明書所說(shuō)的最短動(dòng)作時(shí)間小于2.5 ms相去甚遠(yuǎn)。經(jīng)過(guò)分析，估計(jì)原因是白熾燈從接通電源到點(diǎn)亮有個(gè)延時(shí)，只是肉眼無(wú)法感知。因此采取了另一個(gè)加入電流判據(jù)閉鎖的測(cè)試方法，在REA101中設(shè)置電流閉鎖判據(jù)，先將白熾燈點(diǎn)亮，測(cè)試儀再瞬間加入電流，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3的時(shí)間測(cè)試2，從結(jié)果來(lái)看，時(shí)間為4 ms，基本達(dá)到所號(hào)稱的2.5 ms。

(2)不經(jīng)電流判據(jù)，弧光保護(hù)動(dòng)作到開關(guān)跳閘的時(shí)間，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3中時(shí)間測(cè)試1。該項(xiàng)目主要測(cè)試開關(guān)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的行程時(shí)間。

(3)不經(jīng)電流判據(jù)，從光源發(fā)光到開關(guān)跳閘的整組動(dòng)作時(shí)間，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。整組時(shí)間基本等于弧光保護(hù)動(dòng)作時(shí)間加上開關(guān)機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間，測(cè)試結(jié)果正確。

(4)經(jīng)電流判據(jù)，光源發(fā)光到弧光保護(hù)出口接點(diǎn)動(dòng)作的時(shí)間，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。該項(xiàng)目主要測(cè)試加入電流判據(jù)是否會(huì)影響弧光保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，加入電流判據(jù)并不會(huì)對(duì)弧光保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間造成延遲。

表3 弧光保護(hù)動(dòng)作時(shí)間測(cè)試1

表4 弧光保護(hù)動(dòng)作時(shí)間測(cè)試2

3 結(jié)論

從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和試驗(yàn)來(lái)看，弧光保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和弧光保護(hù)設(shè)備的特性進(jìn)行一些設(shè)置和調(diào)試;現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要考慮多種可能的情況，要多模擬現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行試驗(yàn)，確?；」獗Ｗo(hù)的快速性和可靠性。在今后的調(diào)試和試驗(yàn)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)弧光保護(hù)的前期試驗(yàn)方案，要根據(jù)不同的使用情況，制定試驗(yàn)方案。

(2)透鏡式弧光傳感器比較靈敏，可確保可靠動(dòng)作。但設(shè)備巡視中電筒的照明也可能造成其動(dòng)作，應(yīng)盡量將傳感器安置在巡檢中電筒不會(huì)照射到的位置。

(3)由于透鏡式弧光傳感器比較靈敏，要根據(jù)具體情況設(shè)置弧光保護(hù)裝置的靈敏度。建議不設(shè)置為自動(dòng)位置，應(yīng)設(shè)置低靈敏位置。

(4)纏繞式光纖靈敏度較低，一般的光照都不會(huì)造成其誤動(dòng)，但從裝置引出到開關(guān)柜這一段光纖會(huì)暴露在外界，因此應(yīng)禁止在安裝有纏繞式光纖的開關(guān)場(chǎng)內(nèi)使用外置式閃光燈。

(5)某開關(guān)檢修的時(shí)候，一定要將該支路的光纖傳感器從保護(hù)裝置上退出，以免檢修光源等造成弧光保護(hù)誤動(dòng)。

(6)弧光保護(hù)裝置的出口回路應(yīng)設(shè)置壓板，以方便停用弧光保護(hù)時(shí)，只需退出出口壓板。

［1］ 廈門ABB輸配電自動(dòng)化設(shè)備有限公司.REA100系列弧光保護(hù)應(yīng)用手冊(cè)［Z］.廈門:廈門ABB輸配電自動(dòng)化設(shè)備有限公司，2005.

［2］ 廈門ABB輸配電自動(dòng)化設(shè)備有限公司.弧光保護(hù)繼電器REA101操作手冊(cè)［Z］.廈門:廈門ABB輸配電自動(dòng)化設(shè)備有限公司，2005.

［3］ 楊光胤.REA10系列型弧光保護(hù)系統(tǒng)在中低壓母線上的應(yīng)用探討［J］.科技與企業(yè)，2012，(9):124-125.