电弧光保护在中低压开关柜和母线保护中的应用

电弧光保护在中低压开关柜和母线保护中的应用近几年来,随着乌海电力工业的快速发展,35kV中低压开关柜的应用数量越来越多,由于开关柜弧光短路故障引发的中低压母线故障时有发生,并且也发生过主变压器由于遭受外部短路电流冲击损坏的事故,经济损失严重;另一方面,用户对供电的可靠性要求也越来越高:因此,乌海电业局在35kV开关柜装设了专用快速母线保护———电弧光保护。1装设电弧光保护的必要性1.1开关柜内部燃弧耐受时间当开关柜内部弧光短路故障时,IEC298标准附录AA中规定的内部燃弧时间是100ms,也就是说,开关柜可以承受的电弧燃烧时间,即保护动作和断路器切除故障的时间之和应小于100ms才能达到保护该开关柜的目的。目前市场上销售的开关柜基本上是按照IEC298标准生产的,也就是说,开关柜可以承受的电弧燃烧时间为100ms。表1为国外对各种燃弧持续时间下进行试验得出的对设备造成的损害程度。1.2变压器动稳定时间及中低压母线保护动作时间的要求国标规定的110kV及以上电压等级的变压器的热稳定允许时间为2s,动稳定时间为0.25s。但实际上,在低压侧出口短路故障时过流后备保护切除动作时间往往在2s以上,距变压器的动稳定时间要求0.25s相差甚远,这也是造成变压器损坏的重要原因。1.3现有的中低压母线保护方式及存在的问题1.3.1变压器后备过流保护这是目前国内应用最广泛的中低压母线保护方式(乌海电业局也是应用的这种保护方式)。由于考虑到与馈线和母线分段开关的配合,保护跳闸时间一般整定为1.0~1.4s,有的甚至更长,达2.0s以上。这一动作时间远远不能满足快速切除中低压母线故障的要求。1.3.2馈线过流保护闭锁变压器过流保护近年来利用馈线过流元件闭锁变压器过流保护的应用较为广泛,与变压器后备过流保护方式相比其动作速度有了一定的提高,典型动作时间为300~400ms。但对于要求100ms以内切除故障的,显然不能满足要求。1.3.3采用环流原理的高阻抗母线保护这种保护方式典型的保护动作时间为35~60ms。考虑到断路器的分闸时间,这一动作速度对要求100ms以内切除故障来说也慢。并且这种保护方式的接线复杂,对TA的质量要求高,安装在有很多出线的6~35kV母线上非常困难,也不经济。此外,由于其保护范围受到TA安装位置的限制,不能保护到发生故障几率较高的电缆室电缆接头处的故障。因此并不适合应用于中低压母线保护。从实际应用情况来看,现有的保护方式显然不能满足快速切除母线故障或保护覆盖范围的要求,因此,在中低压母线和开关柜装设一种快速的母线保护是必要的,也是迫切的。2VAMP221新型电弧光母线保护系统2.1VAMP221电弧光保护原理电弧光保护原理很简单,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。也就是说,当系统发生故障时,弧光传感器将弧光信号转化为电信号,通过I/O辅助单元传给主单元,主单元再通过检测电流信号并且达到启动值,即发出跳闸信号。保护原理见图1所示。2.2VAMP221电弧光保护系统结构VAMP221电弧光保护系统结构如图2所示,其主要部件组成如下。2.2.1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弧光传感器的动作信息,并对收集的数据进行处理、判断,发出跳闸信号以切除故障。该系统在同时检测到弧光和过流时发出跳闸指令。在进线断路器未能动作切除故障时,它将启动断路器失灵保护逻辑,发出跳闸指令给上级断路器切除故障。此外,主单元根据辅助单元传送来的弧光传感器的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。2.2.2辅助单元辅助单元安装在开关柜中,当系统发生弧光故障时,辅助单元收集来自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,有利于及时检修和排除故障。2.2.3弧光传感器弧光传感器安装在开关柜各间隔室中,可实现对由简单到各种复杂接线中、低压开关柜提供有选择性的保护。弧光传感器作为光感应元件,将检测在发生弧光故障时突然增加的光强,并将光信号转换成电流信号传送给辅助单元。2.2.4便携式弧光传感器其功能和性能与前述弧光传感器相同,差别只是它可以在连接电缆允许的范围内随意移动。它可以临时连接到辅助单元上,通过安置在离工作地点较近的地方(比如挂在胸前口袋上)用于增强运行操作人员在带电维修开关时的安全性。2.2.5温度传感器温度传感器可用于监视开关柜内部的关键部件(比如母线接头)的温度,在超过其整定值时主单元可发出报警信号。3VAMP221电弧光保护系统在五福变电站35kV母线保护中的应用保护对象是该变电站的35kVI、II段母线。整套系统由主单元VAMP221、电流辅助单元VAM4C、辅助单元VAM10L、弧光传感器VA1DA和连接电缆组成,接线原理见图3。在每个开关柜母线室内安装1个弧光传感器,在母联断路器和母联隔离车安装1个弧光传感器,在母线桥加装3个弧光传感器,在TV柜内安装2个弧光传感器,通过辅助单元VAM10L把采到的弧光信号传送给主单元VAMP221。系统配置VAM4C用于提供过流判据。主单元VAMP221和辅助单元VAM4C可安装在进线柜上,辅助单元VAM10L可安装在馈线柜上。具体配置方案为:35kVI、II段母线采用1套电弧光保护系统,配置主单元VAMP2211台,电流辅助单元VAM4C1台,共有20面开关柜,需配置26个探头式弧光传感器,4个辅助单元VAM10L。当弧光传感器采集到弧光信号、主单元VAMP221或辅助单元VAM4C采集到进线过流信号时,将启动跳闸继电器跳开进线断路器,同时将动作信号(硬接点)传递给后台监控系统。系统拥有完善的自检功能,能实时在线自检,系统自检告警信息可以在装置上看到,也可通过主单元的告警继电器送到后台。当任意一段母线出现故障时,都只会跳开该段母线的进线断路器,其他段母线仍会正常运行。在母联开关运行时,跳开故障母线进线断路器和母联断路器。其中弧光判据的启动条件为:光强度超过8000lx,电流超过最大负荷电流。VAMP221电弧光保护从开始投入运行至今,系统运行状况良好。其优点为:(1)系统调试稳定,实验合格,保护正确动作率100%。(2)系统运行稳定可靠,未出现过误动作现象,符合系统设计要求。(3)系统引进了芬兰VAMP公司生产的弧光保护装置,消化吸收好,原理简单明了,易于掌握。(4)系统结构设计合理,实现了与原有保护系统的无缝连接,很好地保证了该系统的可靠性和实用性。4结语电弧光保护能快速切除中低压母线故障,保证输配电网的安全运行。目前,乌海电业局五福变电站、宝山变电站35kV母线已安装了VAMP221电弧光保护,运行效果良好,并可作为参考,广泛地应用在其他中低压母线上,发挥其应有的作用。