弧光保护装置的作用

2023-01-05

弧光通常是由于电气设备在运行过程中由于过电压及绝缘配合不好引起空气击穿过程产生的的电弧光现象, 以及由于电弧光现象产生的高温造成燃烧、爆炸性压力, 如不及时切除或采取有效防护措施, 小则可能引电气设备的绝缘损坏, 设备无法正常运行, 大则可能引发造成人身伤亡事故、因电气设备的弧光在可易燃易爆环境下引起爆炸事故、相邻设备烧毁事故。

1 弧光保护产生的原因

在线路出现过电压过程中对电气设备进行操作时, 就可能引发弧光现象。过电压又分为工频过电压、谐振过电压、间歇性电弧接地过电压、铁磁谐振过电压、空载线路合闸过电压、空载线路空载过电压等多种类别, 其发生形式、幅值大小等不尽相同, 因而所引发的弧光也各有所异。目前也没有那个单一的产品对不同形式过电压又能起到好的防护效果。如何针对不同的过电压成因, 在发生的弧光现象之前进行有效的保护, 成为人们关注的重点, 因此推动了电弧光保护论理论与技术的发展。同时, 针对不同弧光现象下对电气设备进行有效保护的弧光保护装置应运而生。

2 弧光保护的技术方案确定

2.1 国内现有的中压母线保护方案的特点

我们现在的弧光保护是作为微机保护的一部分, 是传统的继电保护延伸与发展, 通过对现有的中压母线保护方案使用过程中发现问题进行汇总, 可以发现具有以下特点:

(1) 变压器后备过流保护方案当前情况下人们最为广泛的应用方案就是中压母线保护方法。基于分段开关这母线和馈线配合, 一般情况下将保护跳闸的时间确定为1.0到1.4秒, 一些时间会长些, 用时在2.0秒以上。

(2) 馈线过流保护闭锁变压器过流保护方案现阶段, 在中压馈线这微机过电流保护的应用最为广泛, 目前国外专家研发了较为常用的过电流闭锁式保护的方案就是通过馈线过流原件将变压器过电流保护进行闭锁的方式。相比于余变压器后备过电流保护方案, 其在将动作速度提高了一个档次, 最为突出的动作时间为300到400ms。

(3) 采用环流原理的高阻抗母线保护方案是之前国外通常会利用专用电流差动中压母线保护方案, 并且将其用到了一些重要的工程项目中, 这个方案中需要增加系统的接地阻抗, 以提高在发生接地故障时的, 具有灵敏的保护动作, 最为突出的保护时间就是35到60ms。但是依据断路器的分闸时间, (馈线断路器分闸时间50ms, 断路器进线分闸用时为80ms) 在切除故障时要求时间必须在1000ms之内, 因此此方案对于故障的切除时间来讲较慢。并且这种接线的方法相当复杂, CT的要求也相对较高, 经济性不足。另外, 其保护范围会受到CT安装位置的限制, 在中压母线保护这并不适用。

2.2 当前相关标准与保护方案对比过程中发现的问题

目前从国际的标准和规范上来看, 通过对IEC62271-200标准中描述的实验方法进行实验检测, 得到35k V及以下中低压开关柜内部弧光与设备燃烧时间的关系, 如表1给出了通常情况下开关柜过流保护动作时间实验数据。

电弧光保护能够在单相接地故障发生燃弧初始时就发出信号使馈线断路器分闸, 使弧光故障造成的损失大幅降低, 一般情况下, 主要将绝缘进行快速恢复就可以重新运行设备, 将停电的维修造价和时间降低了。表2给出的是使用电弧光保护装置时开关柜过流保护动作时间实验数据

通过检测可知, 开关柜馈线过流保护动作时间为30+10+30+50=120ms, 开关柜进线过流保护动作时间为30+l0+150+80=270ms。

根据《国际电气电子工程师协会标准IEEE Std C37.20.7-2007》和IEC298标准附录AA中对内部燃弧的时间进行了规定为100ms, 在市场中买卖的开关柜一般是依据IEC298标准进行生产的, 开关柜可以承受100ms的燃烧时间。依据实验, 不同燃弧持续时间下设备的损害程度检测表如下:

从以上运行统计数据和实验检测数据来看, 出现弧光故障后的快速切除故障 (100ms以内) 的要求利用过电流保护已经不能良好的解决35k V及以下电压等级的设备在消除母线故障时一般会使用带有较大延时的后备保护, 但是会造成故障的扩大和发展, 降低经济效益。

3 我国在弧光保护装置使用方面的推广应用

从目前的市场推广应用情况来看, 主要有塞科, 万博电力, 易艾斯德等引进国外技术生产制造的品牌, 国内自己研发的有国网南瑞、保定天威、成都万博等科技有限公司生产的产品。受制于我国目前在装备制造水平与成本控制的限制, 国内研发的弧光传感器没有实时自检功能, 传感器故障或光纤损坏时无法发出报警信号提示更换, 从而存在拒动的隐患。SAQE等品牌的弧光传感器具有实时自检功能, 采用光电型传感器具抗日常光源干扰特性, 实际应用中可靠性较高。

弧光保护的在我国的推广与应用也离不开相关政策要求的推动。如云南电网公司在“云电生[2010]219号”中明确了为了更好的避免因10KV母线和35KV母线及断路器问题引发的损坏主变压器的事故, 要将电弧保护设置在110KV变电站10KV和35KV开关柜这, 将其作为快速母线保护10KV和35KV母线。