克斯勒电气弧光保护系统介绍及典型案例

变电站/配电室弧光保护必要性及典型案例——克斯勒电气Ph1Ph2Ph3Earth•单相对地短路-80%ofcasesPh1Ph2Ph3Earth•三相短路-5%ofcasesPh1Ph2Ph3Earth•相间短路-10%ofcasesPh1Ph2Ph3Earth•两相对地短路-5%ofcases电网故障分类Part1.弧光的知识普及Part2.弧光的危害及事例Part3.弧光导致设备损坏的原因——找到弧光，快速切除Part4.目前国内中低压母线保护现状Part5.克斯勒电气弧光保护的原理及系统Part6.西高所燃弧试验过程Part7.克斯勒电气弧光保护产品介绍Part8.弧光保护的行业氛围Part9.项目操作流程弧光产生弧光的产生人为原因误入带电间隔隔离开关误操作忘记在工作区接地忘记测量工作区内的电压弧光的产生技术原因设备故障和带电设备的误操作设备正常检修后，遗漏工具在开关设备内错误的接线和母线连接绝缘老化和机械磨损、过电压小动物（尤其是老鼠）、灰尘、温度、湿度、腐蚀、等环境因素。容性接地电流扩大开关柜在运行中发生的大量电弧光故障事故，多是由于环境条件的影响，使绝缘材料受潮，设备绝缘表面产生凝露和附着污秽，因而设备绝缘水平下降造成事故。空气弧光产生时候最大的瞬时功率可以达40MW内部温度可以升至10000-20000°C弧光产生时和结束时的温度可以达到4500°C，中压范围内弧光的最大电压可达500-1000V弧光的光强可以超过正常的照明光强2000倍有效降低故障危害是弧光保护系统必须解决的问题，而解决问题的关键在于尽快切断电源，熄灭电弧弧光的物理参数弧光都在毫秒时间级别发生消失.释放的能量却很惊人~I²xt.0100200400msCablefireCopperfireSteelfireI²t,kA²sTotalbreakingtimewitharcprotection7+(35..80)msSource:Empiricaldatafromswitchgearmanufacturers弧光巨大破坏性电弧温度相当太阳温度的2倍，大约为10000℃，由于过热将导致铜排、铝排熔毁，气化；电缆熔毁，电缆包覆层的着火；过热导致压力上升，使开关设备爆炸；开关设备强烈振动，使固定元件松脱；高温烧灼皮肤，强光刺伤眼睛；产生大量的有害气体，伤害呼吸系统；爆破音震损耳膜、肺脏；碎片飞射，造成人员伤害，甚至死亡。电弧故障的危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升。只有总切除时间小于85ms，才能使设备不遭受损害，总切除时间大于100ms，将会对设备造成不同程度的损害。案例一2003年7月21日，北京北土城站10kV5号母线发生单相接地，在查找故障线路的操作过程中，把5号母线单相接地故障接到了3号母线上，引起211开关爆炸，并造成一台进口全密封110kV、31.5MVA主变压器因出口短路而损坏。案例二2006年4月，广东某供电局在一变电站进行检修对某10kV出线进行切换操作时，由于违章操作和开关柜内联锁功能失效，在带负荷拉开该带电线路的线路侧刀闸时产生弧光短路故障，故障电弧效应将该线路柜后门冲开，将拿地线到停电线路柜后面的一位检修人员灼伤。案例三2007年9月，河南某供电局在220KV变电站在进行检修时，配电房进线柜内部故障发生爆炸，在附近的6名工作人员被电弧火球烧伤，配电房外一变压器因短路烧毁，变电站停电，事故造成该市部分地区大面积停电1小时。案例四2009年6月，湖北某电厂由于B磨开关中B相真空灭弧室破裂对合闸线圈放电，开关柜烧毁。高电压窜入220V直流系统，220V动力回路电源保险熔断；而开关二次插件端子的击穿又将高压引入直流110V系统，110V控制回路电源保险炸毁，最后导致发变组保护C屏的出口插件烧毁而引起停机。事故造成直接损失130万元，少发电5025万kWh。电弧光故障实例弧光故障对设备的损害弧光危害–中压柜弧光危害–低压柜弧光危害–断路器小室弧光危害–断路器弧光事故产生危害的根本原因-故障切除时间GB1094规定变压器的热稳定允许时间为2s（持续短路考核变压器温升），Ⅰ类变压器动稳定时间为0.5s，Ⅱ、Ⅲ类变压器动稳定时间为0.25s（持续短路考核变压器内部故障情况）。但实际上，在低压侧出口短路故障靠过流后备保护切除的动作时间一般在1s以上，变压器低压侧出口短路时形成的故障往往需要更换绕组，造成严重的后果和损失。据统计2011年国家电网公司共53台次110kV以上电压等级变压器故障，其中11台次是因为10kV或35kV近区短路故障造成的损坏；2012年国家电网公司共18台次110kV以上电压等级变压器故障，其中7台次是因为10kV或35kV近区短路故障造成的损坏。电弧故障的危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升。只有总切除时间小于85ms，才能使设备不遭受损害，总切除时间大于100ms，将会对设备造成不同程度的损害。（备注；IEC298《交流金属封闭开关设备和控制设备》规定）国内中低压母线常用的保护①变压器后备过流保护（典型的保护动作时间为1.2s～1.4s）②采用馈线速断保护闭锁的变压器后备过流保护(典型的保护动作时间为300ms～400ms)③高阻抗保护(典型的保护动作时间为35ms～60ms)①和②两种保护对总切除时间小于100ms的要求来讲，时间太长；而③保护的保护范围受CT安装位置的限制，且价格昂贵。国内目前用于中、低压母线的保护现状IpreIpostIfault•采样15-30ms•接点闭合5ms•整定延时30-350ms•断路器分闸50-80ms整体故障切除时间:-出线15+5+30+80≥130ms-进线15+5+350+80=450ms备注；以阻抗接地系统分析-即接地跳闸时间很短50/51,50/51N50/51,50/51N50/51,50/51N50/51,50/51N87传统过电流型保护和级差配合•弧光信息1ms•过流判据1ms•接点闭合5ms•断路器分闸50-80ms整体故障切除时间:-出线1+1+5+80=87ms-进线1+1+5+80=87ms备注；以阻抗接地系统分析Overcurrentsetting50/51,50/51N50/51,50/51N50/51,50/51N50/51,50/51N87masterslave弧光非电量型保护和级差配合–电弧光保护主要动作依据为故障产生的两个不同因素：弧光及电流增量。当同时检测到弧光和电流增量时发出跳闸命令。电弧光保护由三部分组成：电弧光保护主单元、电弧光保护辅助单元和弧光传感器。弧光传感器可放置在开关设备的任何位置，根据弧光传感器的实际物理位置可实现保护分区的功能，并在电弧光保护主单元上显示故障发生的位置，此功能可减少断电的处理时间，使快速恢复供电成为可能。克斯勒电气弧光保护动作原理L△Ia△Ib△Ic或逻辑与逻辑断路器来自弧光传感器来自CT来自CT来自CT快速继电器主单元主单元包含有电流检测和断路器失灵保护，它通过检测短路电流和来自电弧光传感器的动作信息，并对收集的数据进行处理、判断，在满足跳闸条件时，发出跳闸命令以切除故障。在进线断路器不能切除故障时，它将启动断路器失灵保护逻辑，发出跳闸命令给上级断路器来切除故障。此外，主单元根据辅助单元传送来的弧光传感器动作信息和温度传感器测量的温度，提供弧光故障点的定位和温度报警信息。辅助单元当系统发生弧光故障时，辅助单元收集来自电弧光传感器的动作信息并传送给主单元，在主单元上显示辅助单元和弧光传感器的地址编号，有利于及时准确故障定位开关柜，为检修提供信息。电弧光传感器专用于母线保护的弧光传感器安装在开关柜的母线室内，它作为光感应元件，将检测在发生弧光故障中突然增加的光强，并将光信号转换成电流信号传送给辅助单元。克斯勒电气弧光保护系统组成部分试验时间：2014年3月实验地点：西安高压电器研究所8＃试验场。试验方法：10kV电压等级开关柜，模拟母线排三相短路，注入有效值为40kA，峰值为100kA三相电流，时间持续1s。克斯勒电气弧光保护燃弧试验前柜体经过40kA短路电流1s实验后，断路器小室结构发生损坏.注意此时铜排已经出现熔融开始蒸发.也要注意此时母排内部也出现裂纹和熔融.未加装弧光保护后柜体弧光传感器安装处加弧光保护系统试验后柜体47ms后已经消除短路故障，断路器小室结构未发生损坏.值得夸耀的是，用于实验的短接铜线还有部分残留下来.原理简单：通过检测电弧光，结合过流闭锁，结构简单；配置灵括、适应性强：动作迅速可靠：通过检测电弧光信号，整套母线的保护动作时间可达5～7ms故障点定位：控制部分可显示弧光发生点位置，方便快速处理故障、恢复供电。断路器失灵保护：在主断路器拒动时发出跳闸指令跳上一级断路器，提高保护系统的安全性。总结电弧光保护改进了传统母线保护的概念，提高故障处理速度，可以有效解决短路故障弧光所造成的危害，减少设备维护及人员伤亡，提高电力系统的安全及经济效益。电弧光保护的特点KSL101ARC系列弧光保护装置KSL127ARC弧光传感单元及继电器LorZtypemountingplate典型安装典型安装–柜内弧光保护的行业氛围•南方电网2010年要求：电力系统变电所110kV、35kV变电所的10kV、6kV侧必须加装弧光保护•电厂的厂用电部分，10kV或者6kV柜子中已经是必须品，像电容+电抗一样•国家电网公司弧光保护规范已经在起草•火灾报警系统新的规范2014年版，2015年6月开始强推，要求在系统里加弧光传感器•弧光的概念已经形成市场操作•电力系统先行•行业规范起草中•电厂厂用电已成为标配•火灾报警系统新规范是推动力•合理的、用户接受的定价•一些重要行业客户率先应用中国移动淮南公司第二通讯生产楼10kV变电所改造工程弧光事故及事后改造•2014年12月，10kV母线发生相间短路，导致拉弧，由于普通过流保护整定时间较长，在200ms以未能及时跳开进线开关断电，所以发生弧光事故，导致10kV中置柜爆炸并断电，损失惨重。•改造方案：每段母线加装一套电弧光保护，在每面开关柜内加装弧光传感器，弧光主控单元安放于监控室备用屏，在反生母线弧光故障时，出口至进线开关或母联开关。所有专用连接线经端子排从电缆沟连接至保护监控屏。•现场改造图片中国移动中国移动华东大区物流中心IDC机房改造项目南京造币厂有限公司35kV变电站现场改造南京造币厂35kV变电站现状•南京造币厂35KV变电站，中压系统两条进线两段母线分列运行，4跳出线，计14面中压柜采用现代重工HMS40.5柜型。低压采用ABB原厂开关柜。10kV柜2013年发生一次弧光事故，10kV/0.4kV干变柜子里经常发生弧光放电声音。南京造币厂改造方案•根据我司工程技术人员现场勘察，做出改造方案如下：•中压系统的电弧光系统改造•每段母线加装一套电弧光保护，在每面开关柜内加装弧光传感器，弧光主控单元安放于监控室备用屏，在反生母线弧光故障时，出口至进线开关或母联开关。所有专用连接线经端子排从电缆沟连接至保护监控屏。•施工方案，根据南京造币厂的停电时间施工，需要工时32工时~50工时，施工调试完毕后再送电。•低压系统的电弧光系统改造•每段母线加装一套电弧光保护，在每面开关柜内加装弧光传感器，弧光主控单元安放于监控室备用屏，在反生母线弧光故障时，出口至进线开关或母联开关。所有专用连接线经端子排从电缆沟连接至保护监控屏。•施工方案，根据南京造币厂的停电时间施工，需要工时32工时~50工时，施工调试完毕后再送电西安美鑫铝厂动力站现场改造项目10kV动力柜由于绝缘老化问题发生一次弧光事故，损失惨重，我司到现场改造加装弧光保护系统中国移动苏州数据中心项目20kV高压柜在设计方案时候已经将弧光保护系统列入设计图纸中中国移动江苏淮安呼叫中心项目10kV高压柜在新建设计时加装了弧光保护系统