淺談電網(wǎng)中低壓母線故障新解決方案

1、淺談電網(wǎng)中低壓母線故障新解決方案【摘要】在電力系統(tǒng)中，變電站的中低壓母線是配電網(wǎng) 中重要組成部分，由于多方面的原因，中低壓母線的故障幾 率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高壓母線。目前中低壓母線由于多方面原因沒有 裝設(shè)快速母線保護(hù)。本文針對這一問題，提出了一種新型電 弧光保護(hù)系統(tǒng)，來解決目前中低壓母線無快速保護(hù)的問題?！娟P(guān)鍵詞】中低壓母線；快速母線保護(hù)；電弧光保護(hù)系 統(tǒng)0.引言在電力系統(tǒng)中，變電站的中低壓母線是配電網(wǎng)中重要組 成部分，然而，中低壓母線由于出線多，操作頻繁，容易受 小動(dòng)物危害，設(shè)備制造質(zhì)量，人為和操作錯(cuò)誤等原因，中低 壓母線的故障幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高壓、超高壓母線。近年來，發(fā) 生多起由中低壓母線故障造成開關(guān)設(shè)

2、備嚴(yán)重?zé)龤В械纳踔?發(fā)展成“火燒連營”的事故。而主變壓器由于遭受中低壓側(cè) 母線故障短路電流沖擊損壞的事故也逐年增加。這些配網(wǎng)事 故處理不當(dāng)甚至被擴(kuò)大發(fā)展為輸電網(wǎng)事故，造成重大的經(jīng)濟(jì) 損失，現(xiàn)已引起了各電力公司的廣泛關(guān)注。究其原因大多是 因?yàn)闆]有裝設(shè)中低壓母線保護(hù)，未能快速切除故障造成的。1. 電弧的產(chǎn)生及危害1.1電弧現(xiàn)象產(chǎn)生電弧的形成是由中性質(zhì)子（如空氣中的分子、原子等） 被游離的過程。絕緣空間內(nèi)高強(qiáng)度電場超過3x10- v/m時(shí), 就會(huì)發(fā)生強(qiáng)電場發(fā)射和碰撞游離現(xiàn)象，造成整個(gè)空間都充滿 了自由電子和正離子，具有很大的電導(dǎo)，絕緣介質(zhì)被擊穿產(chǎn) 生了電弧現(xiàn)象，電路再次被導(dǎo)通1。電力系統(tǒng)由于各種的

3、 短路原因可引起弧光，只要系統(tǒng)中不斷電，弧光就會(huì)一直存1.2弧光危害1.2. 1弧光故障對人員的傷害1. 2. 2弧光故障對設(shè)備的傷害1. 3電弧光破壞的能力及目前電力設(shè)備所能承受的程度1. 3. 1電弧故障的危害程度取決于電弧能量及持續(xù)的時(shí) 間，電弧產(chǎn)生的能量與int成指數(shù)規(guī)律快速上升?？偳?除時(shí)間大于100ms,將會(huì)對設(shè)備造成不同程度的損害。如下 圖所示1。電弧的能量及破壞作用圖1. 3. 2電力設(shè)備所能承受的電弧時(shí)間目前，各生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的開關(guān)柜都是iec298標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行生產(chǎn)的，在標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了內(nèi)部燃燒的時(shí)間為100ms, 也是就是說開關(guān)柜所能承受的電弧燃燒時(shí)間為100mso從繼 電保

4、護(hù)的角度來說，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間加上斷路器跳閘時(shí)間不應(yīng) 超過100ms。燃燒的損壞程度如下表2。中低壓母線發(fā)生短路故障時(shí)的短路電流對變壓器會(huì)造 成嚴(yán)重的沖擊。目前國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：llokv及以上電 壓等級的變壓器的熱穩(wěn)定允許時(shí)間為2秒，動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間為 0. 25秒。如果保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間超過動(dòng)穩(wěn)定的時(shí)間就有可能造 成變壓器繞組絕緣破壞或燒毀，從而造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和社 會(huì)影響。2. 現(xiàn)有針對中低壓母線電弧光故障的處理方案2. 1改進(jìn)制造工藝上，提高設(shè)備質(zhì)量，從而達(dá)到提高承 受燃燒能力主要采取的科學(xué)手段如：加強(qiáng)開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)，密封隔離 各單元室、設(shè)置釋放板和泄壓通道等。采用這些措施只能減 少很小的損壞程度，

5、效果不理想；然而要較大地提高開關(guān)柜 的燃弧耐受時(shí)間的話，則需要增加很大的設(shè)備成本，嚴(yán)重影 響了企業(yè)和電力客戶的利益。下表為國外對增加開關(guān)柜內(nèi)部 燃弧耐受時(shí)間和相應(yīng)增加成本進(jìn)行評估的結(jié)果。2. 2繼電保護(hù)方面采取的措施2. 2. 1采取變壓器后備復(fù)壓過流保護(hù)來切除故障這是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的中低壓母線保護(hù)解決措施。 由于考慮到與出線及母線分段（母聯(lián)）開關(guān)的保護(hù)配合的問 題，變壓器后備復(fù)壓過流保護(hù)保護(hù)跳閘時(shí)間一般整定為1.2 秒左右，有的甚至更長，達(dá)2.0秒以上。這一動(dòng)作速度很顯 然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足快速切除中低壓母線弧光故障的要求。但 其是最經(jīng)濟(jì)的方案，可犧牲了保護(hù)的快速性。2. 2.2采取常規(guī)母線

6、差動(dòng)保護(hù)的方案來切除故障這是特別重要變電站采用的專用電流差動(dòng)的中低壓母 線保護(hù)方案，典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為35-60ms,考慮到斷路 器的分閘時(shí)間，這一動(dòng)作速度對要求100ms以內(nèi)切除故障來 說也是很慢的。采用這種方案的接線復(fù)雜，對ct的要求高, 很不經(jīng)濟(jì)。因此也不適合中低壓母線保護(hù)應(yīng)用。3. 一種新型電弧光保護(hù)系統(tǒng)更換好解決了中低壓母線 故障問題據(jù)報(bào)道，我國電力系統(tǒng)中每年中低壓手車柜就有幾百面 被燒毀。究其原因大多是因?yàn)槲茨芸焖偾谐收显斐傻摹，F(xiàn) 在出現(xiàn)了一種新型電弧光保護(hù)系統(tǒng)，就很好地解決了這個(gè)問 題。3.1保護(hù)基理3. 1. 1保護(hù)原理電弧光保護(hù)系統(tǒng)是通過開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生故障時(shí)發(fā)出的電 光來判

7、斷是否發(fā)生故障?；」馐请娀〉淖蠲黠@且變化最快的 特征物理量，因而電弧光保護(hù)具有超高速的動(dòng)作性能，整套 保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可以保證在十毫秒內(nèi)，對開關(guān)柜內(nèi)的故障保 護(hù)來說，這種超高速動(dòng)作性能是最重要的，因此可利用弧光 傳感器感受光的變化動(dòng)作跳閘出口繼電器。為了避免外界光 干擾引起的誤跳閘，當(dāng)檢測到弧光信號(hào)時(shí)，同時(shí)檢測到過流 信號(hào)才發(fā)出跳閘指令，從而進(jìn)一步提高了保護(hù)系統(tǒng)的可靠 性。保護(hù)邏輯動(dòng)作框圖3.1.2保護(hù)系統(tǒng)主要組成（1）硬件組成：其主要由：主控單元、弧光單元、弧光擴(kuò)展單元、電流 單元、弧光探頭（傳感器）等組成。主控單元包：含有電流檢測和斷路器失靈保護(hù)，它通過 檢測短路電流和來自弧光傳感器的數(shù)據(jù)，

8、進(jìn)行處理、判斷， 發(fā)出跳閘命令切除故障。在進(jìn)線斷路器未能動(dòng)作切除故障 時(shí)，它將啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)邏輯，發(fā)出跳閘指令給上級斷 路器切除故障。此外，主控單元還提供弧光故障點(diǎn)的定位和 溫度報(bào)警信息。弧光單元和弧光擴(kuò)展單元：用于連接主控單元和弧光傳 感器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光故障時(shí)，收集來自弧光傳感器的數(shù)據(jù) 并傳送給主控單元?；」馓筋^（傳感器）：是一種光感應(yīng)元件。當(dāng)發(fā)生故障 有弧光的產(chǎn)生時(shí)，弧光傳感器將感受到弧光信號(hào)傳遞給弧光 單元?；」鈧鞲衅靼惭b在開關(guān)柜內(nèi)，監(jiān)視那些脆弱而又重要 部件。如開關(guān)柜母線間隔，開關(guān)柜下部ct和pt部件，電纜 連接頭等。（2）保護(hù)系統(tǒng)通訊方式:系統(tǒng)采用光纖星型連接方式，主控單元和電

9、流單元、弧 光單元、弧光擴(kuò)展單元、弧光擴(kuò)展單元之間采用通信光纜連 接。本系統(tǒng)通過主控單元和站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)通信，主控單元可 配2路以太網(wǎng)，支持部頒iec60870-5-103等通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn), 方便地接入站內(nèi)綜自系統(tǒng)?；」獗Ｗo(hù)系統(tǒng)配置圖3. 1.3保護(hù)定值的整定，保證保護(hù)可靠性(1) 弧光定值整定：電弧光保護(hù)系統(tǒng)的弧光動(dòng)作整定值為8000lux (lux是 單位面積上所接受可見光的能量，簡稱照度)。故障時(shí)出現(xiàn) 弧光的照度在6-7米的距離為9000 lux,其所包含的光譜為 波長300-1500nm的光波。與其它光源有著本質(zhì)的區(qū)別。常見光源的照度表(2) 電流定值整定：過電流的動(dòng)作整定主要考慮躲過進(jìn)線的最大負(fù)荷，一般 整定為(1.05-1.2)倍最大負(fù)荷為宜。3. 2與傳統(tǒng)的母線保護(hù)快速性對比4. 結(jié)束語現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，電力系統(tǒng)配電網(wǎng)容量的逐漸增 大，中低壓母線故障對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響越來越嚴(yán) 重。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)，其原理簡 動(dòng)作迅速可靠，對變電站開關(guān)