点弧光保护装置主控单元弧光探头采集

ARB5系列弧光保护装置是安科瑞电气股份有限公司在总结了现有产品运行经验的基础上，融合了国内外技术，采用基于ARM9内核的32位闪存微控制器，根据中国电力系统不断发展的需求研制和生产的适用于中低压等级电网的弧光故障迅速切除装置。其外观时尚、大屏幕液晶显示，图形化多语言菜单，操作快捷方便；具有强大的功能集成：集保护、测量、控制、监测、通讯、故障录波、事件记录等多种功能于一体,准确实时监测弧光信号，保护电流；在线记录事件量达256条，先进先出（FIFO）动态刷新，带有时间标记，掉电不丢失。支持IEC61850通信功能(MMS)和GOOSE通信功能，实现与IEC61850站控层无缝连接，强大的GOOSE跳闸、GOOSE网络联锁功能及可视化的可编程逻辑软件优化了二次接线，IRIG-B、SNTP、PPS等多种对时方式确保全站时钟的统一。ARB5-E扩展单元开关柜就地安装，ARB5-M主控单元可以就地安装也可以组屏安装，是构成智能电网的理想元件。

中、低压母线发生短路故障时，所产生的电弧光对设备及人员会造成极大的伤害。在电力系统中，由于下列原因可能在开关设备内造成短路故障并产生电弧光：

ü 设备故障

ü 人为错误操作或错误接线

ü 绝缘材料老化和机械磨损

ü 灰尘、温度、湿度、腐蚀等环境因素

ü 电缆接头制作不良

ü 过电压

ü 其他原因（动物鼠害等）

电弧光一旦产生，其危害程度取决于电弧光电流及切除时间，电弧产生的能量与I²t成指数规律快速上升。只有在极短时间内切除故障才能使设备不遭受损害。若总切除时间大于100ms，轻则设备局部烧损，重则造成开光柜爆炸以及人员伤亡，还可能引发火灾。

摘要：介绍了快速电弧光保护系统和电弧光保护的工作原理和系统结构，并讨论了安装在110kV变电站的10kV母线电弧光保护系统的现场工程应用。

关键词:中低压；母线故障；母线保护；电弧光保护；

0前言

目前，除220kV及以上电压等级变电站低压侧母线外，110kV及以下电压等级变电站35kV及以下电压等级母线未安装母线保护。由于各种原因，中低压母线故障的概率相当，但长期以来，一旦母线出现故障，中低压母线故障只能通过较长的延迟后备保护来切除，母线故障不能快速切除。因此，由于中低压母线故障持续时间过长，故障往往会扩大，开关柜内的母排等设备会烧毁甚至B炸，危及相邻设备和人员。统计数据显示，主变外断路器故障产生的电力容易变形损坏主变绕组，造成巨大的经济损失，严重威胁电力系统的稳定运行。为了保护变压器和母线设备的稳定运行，减少母线故障时设备的损坏，电力系统迫切需要一个经济可靠的中低压母线保护解决方案。电弧光保护系统是众多替代方案中的理想解决方案。

电弧光保护工作原理

当母线设备发生故障时，会产生大电流，产生达数万勒克斯的弧光。电弧光保护根据故障时产生的弧光和大电流实现保护功能。电弧光保护通过电弧探/头或电弧光传感器检测电弧光，并通过过过流元件检测电流。当检测到电弧光信号和过流元件运动时，保护动作并发出跳闸命令，切断母线电源进线和母线上的母联断路器，隔离故障点，发出保护动作信号，定位故障点。原理见图1。

11

2电弧光保护系统的组成

弧光保护系统由单元、扩展单元、弧光传感器和弧光探/头通过光纤或网线连接而成。一套电弧光保护系统保护一段母线，每套电弧光保护系统由一个单元、多个扩展单元和多个电弧光探/头组成。两段母线的电弧光保护系统通过光纤连接各自的单元进行通信，相互传递光信号、过流信号和跳闸信号。单元通过网线与扩展单元连接，单元通过网线向扩展单元提供工作电源，并接收扩展单元的信号。扩展单元通过光纤与安装在各断路器间隔内的弧光探/头连接。通过网线链接在同一段母线上的多个扩展单元之间，实现工作电源的通信和获取。

2．1单元

该单元是电弧光保护系统的核心元件，主要实现保护和通信功能，主要由电流监测元件和光信号检测元件组成。当电流大于过流定值时，过流元件的瞬时动作可以选择使用三相过流判断或两相过流判断和零序过流判断来实现过流保护。光信号检测元件检测扩展单元上传的电弧光动作信号，确定为电弧光。

2．2扩展单元

扩展单元主要用于增加弧光探/头的接口数量。其内部光检测元件将弧光探/头捕获的光放大后与预选参考电平进行比较。如果光电平超过预设参考电平，则确定为弧光，然后向单元发出弧光动作信号。扩展单元通过光纤连接到弧光探/头，以确保弧光强度在传输过程中的衰减。

3应用实例

一套电弧光保护系统安装在110kV变电站10kV两段母线上，两段10kV母线通过母线断路器连接。10kV电气主线及安装的两套电弧光保护系统结构见图3。

22

3．1.保护收集判据

为了实现电弧光保护系统的功能，过流元件采集主变10kV侧电流，电流绕组与主变10kV侧后备保护中使用的电流绕组为同一组；电弧光信号由扩展单元提供给单元，扩展单元通过光纤采集安装在空气绝缘装甲开关柜内的每个断路器间隔母线室内的电弧光探/头。

3．电弧光保护系统定值设置设置

1)整理保护动作条件，只要光信号不需要过流信号或同时需要光信号和过流信号，就可以选择保护动作条件。由于电弧光保护系统的动作会导致母线断电，为了防止保护误动，保护动作条件设置为需要光信号和过流信号。

2)根据制造商的建议，选择光参考电平和光补偿方法作为自动背景光补偿。

3)整理过流定值，过流可选择相电流或零序电流作为过流定值。考虑到对各种故障的适应性，选择相电流，过流定值参照主变后备保护过流Ⅰ整定段定值。

4)整理光纤通道，设置每个光纤接口的工作模式(输入或输出)和接收或发送信号的类型(光信号和过流信号跳闸信号)。图3为例。为了保证一个主变退出运行，当另一个主变通过母联向两个母线供电时，两个单元中的一个检测到过流，保护可以正确移动。信号类型应设置为过流信号。

3．33电弧光保护系统动作逻辑

1)当检测到弧光信号并满足过流条件时，保护动作通过两个速跳闸出口跳过母线进线断路器和母线母线断路器。

2)电弧光保护动作应锁定10kV备用电源自投装置，防止10kV母线在两段母线独LI运行时出现故障。电弧光保护动作切除主变10kV侧断路器后，10kV备用自投装置动作将10kV母线联合闸在10kV故障母线上。(要求电弧光保护系统提供至少两个速跳闸出口用于跳闸断路器，以及两个常规继电器接点用于发信和闭锁备自投。

)

3．4电弧光保护系统的调试

根据现场保护的设计要求，在安装调试过程中进行以下调试：

1)用强光源照射各断路器柜的弧光探/头，

检查弧光传感器的动作情况，记下弧光探/头对应的信号灯号，用断路器号标记相应的信号灯，便于以后的故障定位。

2)检查动作逻辑是否符合要求，一种是光信号而不是过流信号，另一种是光信号和过流信的保护。

3)检查过流元件的动作值、返回值和返回系数是否符合规定要求。

4)检查上传的信号是否正确。

5)带断路器进行传动试验，保护动作逻辑正确，断路器动作行为正确，动作率正确100，自投10kV正确锁定，保护动作时间不大于3ms。因此，电弧光保护比其他中低压母线保护具有巨大的优势，见表1。设备损坏见表2。

4安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明

ARB5-弧光主控单元

（1）＊表示可选附件，需要另外增加费用1500元。

（2）主控板和采集板数量之和不能大于4。

（3）弧光探头到采集板的长度不能超过20米。

（4）如有特殊要求，请特别注明。

5安科瑞ARB5-M弧光保护产品功能和技术参数

6安科瑞ARB5-M弧光保护产品现场安装

弧光保护主控单元、探头安装图如下。

7结束语

综上所述,将母线短路故障时间控制在100ms甚至更短的时间以内,可在很大程度上降低故障对母线设备及主变的损害程度见表2,同时降低设备受损程度还可以减少开关柜停电检修的时间,针对中低压开关柜故障特性开发,原理简单,动作迅速可靠,对现有设备无特殊要求的电弧光保护系统是一种实现这个目标的较为理想的保护解决方案。

参考文献：

[1]玉*光，王纪渝.电弧光保护系统在10kV母线中的应用[J]．

[2]金文龙,陈建华,李光范.全国110kV及以上等级电力变压器短路损坏事故统计分析[J]1电网技术11999,23(6),70-74．

[3]张博1电弧光保护系统在中低压母线保护中的应用[J]1电工技术12008(5),12-13．

[4]曾伟忠1缩短变电站10kV母线短路故障切除时间措施初探[J]1继电器12007,35(16),61-63．

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5（版）.