易允恒 安科瑞電氣股份有限公司

摘要

電弧光故障是變電站中低壓開關柜面臨的主要安全威脅之一，其發展速度快、破壞力強，可能導致設備嚴重損壞，甚至引發火災和爆炸事故。本文針對變電站中低壓開關柜的運行特點，分析了電弧光故障的成因及其危害，提出了一種基于電弧光檢測與過流檢測的雙重判據保護方案，并結合實際案例，詳細闡述了電弧光保護系統的配置方案、安裝調試以及優化設計。本文旨在為變電站中低壓開關柜的電弧光保護提供參考，以提高變電站的安全穩定運行水平。

0 引言

隨著電力系統的發展，變電站中低壓開關柜的應用日益廣泛。與傳統的戶外敞開式設備相比，戶內開關柜具有占地面積小、操作集中、維護方便等優點，但也帶來了新的安全隱患：

電弧光故障風險增加: 開關柜內部空間狹小，設備密集，一旦發生電弧光故障，電弧能量集中，破壞力強。

故障檢測與切除難度大: 開關柜內部結構復雜，故障檢測和故障點定位難度大，傳統保護裝置難以滿足快速切除故障的要求。

據統計，電弧光故障是導致開關柜設備損壞和變電站事故的主要原因之一。為了保障變電站的安全穩定運行，亟需一種快速、可靠的電弧光保護方案。

1 中低壓開關柜電弧光故障分析

1.1 電弧光故障成因

絕緣故障: 絕緣材料老化、受潮、破損等導致絕緣性能下降，引發電弧光故障。

機械故障: 開關觸頭接觸不良、機構卡澀等導致電弧光產生。

人為誤操作: 誤操作導致設備短路，引發電弧光故障。

其他因素: 動物進入、設備振動等也可能引發電弧光故障。

1.2 電弧光故障的危害

設備損壞: 電弧光產生的高溫可達數千度，可瞬間熔化金屬，導致開關柜內部設備嚴重損壞。

火災爆炸: 電弧光引發的火災和爆炸事故會進一步擴大事故范圍，造成更嚴重的后果。

人員傷亡: 電弧光產生的強光、高溫、煙霧和有毒氣體會對現場人員造成傷害。

2 電弧光保護方案設計

為了有效應對電弧光故障，本文提出了一種基于電弧光檢測與過流檢測的雙重判據保護方案。

2.1 保護原理

電弧光檢測: 利用弧光傳感器檢測開關柜內部的光強變化，當光強超過設定閾值時，判斷為發生電弧光故障。

過流檢測: 利用電流互感器檢測線路電流，當電流超過設定閾值時，判斷為發生故障。

雙重判據: 只有同時滿足電弧光檢測和過流檢測條件時，保護裝置才會發出跳閘指令，切除故障。

2.2 系統組成

電弧光保護系統主要由以下幾個部分組成：

主控單元: 負責接收和處理來自弧光傳感器和電流互感器的信號，判斷故障類型和位置，并發出跳閘指令。

弧光傳感器: 安裝在開關柜各間隔室中，負責檢測電弧光信號。

電流互感器: 安裝在母線或饋線上，負責檢測線路電流。

輔助單元: 負責連接弧光傳感器和主控單元，并提供電源和通信接口。

斷路器失靈保護: 當斷路器拒動時，啟動斷路器失靈保護邏輯，跳開上一級斷路器。

2.3 動作邏輯

1.弧光傳感器檢測到電弧光信號，傳輸給主控單元。

2.電流互感器檢測到過流信號，傳輸給主控單元。

3.主控單元判斷是否同時滿足電弧光檢測和過流檢測條件。

如果是，發出跳閘指令，切除故障。

如果否，發出報警信號，通知運維人員。

3 電弧光保護在變電站中的應用案例

3.1 項目概況

某 110kV 變電站采用單母分段接線方式，共有 14 面中低壓開關柜和 2 個母線橋。為提高變電站的安全運行水平，該變電站安裝了 ARB5 型電弧光保護系統。

3.2 系統配置

主控單元: 一臺 ARB5 主控單元，安裝在 10kV 進線柜的面板上。

弧光傳感器: 16 個光探頭，分別安裝在 14 面開關柜以及兩個母線橋中。

光纖: 300 米光纖，用于連接主控單元和弧光傳感器。

3.3 安裝步驟

1.設計電氣安裝圖紙，并進行審核和修改。

2.準備安裝所需的輔材和輔件，在開關柜上開好安裝孔。

3.確定停電時間，并安排廠家技術人員到現場配合安裝。

4.安裝主控制裝置和弧光傳感器。

5.敷設 CT 線、跳閘回路電纜等。

6.完成安裝后，進行調試和測試。

7.對變電站技術人員進行培訓，并進行驗收。

3.4 技術規范

KGN 柜安裝: 在柜子上側中部安裝弧光傳感器，確保足夠的絕緣距離和檢測角度。

KYN 柜安裝: 只能在母線隔室安裝弧光傳感器。

二次回路簡化: 避免電弧光保護的無選擇性跳閘，采用分列運行方式。

新建變電站: 投產前應裝設電弧光保護裝置。

運行變電站: 可結合開關柜大修情況，裝設電弧光保護裝置。

4 電弧光保護的優化設計

4.1 提高保護可靠性

冗余設計: 采用雙主控單元、雙弧光傳感器等冗余設計，提高系統可靠性。

自檢功能: 增加系統自檢功能，及時發現并處理故障。

抗干擾能力: 提高系統抗電磁干擾能力，避免誤動作。

4.2 優化保護方案

分區保護: 根據開關柜內部結構，進行分區保護，提高故障定位精度。

選擇性保護: 優化保護動作邏輯，實現選擇性跳閘，避免大面積停電。

智能分析: 利用人工智能技術，對故障數據進行智能分析，提高故障診斷能力。

4.3 完善運維管理

定期維護: 定期對電弧光保護系統進行維護和檢修，確保其正常運行。

狀態監測: 實時監測系統運行狀態，及時發現并處理異常情況。

人員培訓: 加強運維人員培訓，提高其對電弧光保護系統的操作和維護水平。

5 安科瑞ARB5-M弧光保護產品選型說明

ARB5-弧光主控單元

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請特別注明。

5.1安科瑞ARB5-M弧光保護產品功能和技術參數

5.2安科瑞ARB5-M弧光保護產品現場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

6 結束語

綜上所述，采用電弧光保護系統對變電站進行保護，其動作時間為5-7ms，可以迅速實現對故障的響應和處理，使變電設備的損失減到小，大大提高了變電站運行的安全性和運行效率。

審核編輯 黃宇