【节能学院】弧光保护在中压开关柜中的研究与应用

摘要：针对中压开关柜弧光故障的特点，进行弧光保护选型和方案配置，并介绍其在开关柜内的安装位置。

关键词：中压开关柜；弧光保护；方案配置；安装位置

Part 1

前言

随着电力系统配电网容量的逐渐，中低压设备故障对电力系统运行的影响越来越严重，近年来，中压开关柜由于绝缘损坏、操作失误、设备老化等因素频繁发生弧光故障事故，不仅影响供电系统平稳运行，还会造成严重的人身伤害和财产损失。

图1 开关柜弧光故障事故图

图2 电弧能量-时间曲线
 

弧光故障事故的危害程度取决于弧光电流及切除时间，电弧产生的能量与I 2t成指数规律快速上升。弧光产生初期（总切除时间不超过100ms）对设备损伤比较小，传统的电流保护和接地故障保护由于检测周期长，动作时间慢，不能避免弧光故障的危害。因此，很有必要引入快速切除弧光故障的保护系统。安科瑞ARB5系列弧光保护装置通过弧光+电流突变量双重判据或弧光单判据启动保护，其弧光单判据动作时间≤7ms；弧光+电流双判据动作时间≤20ms，为快速切除中低压弧光故障提供了技术支持。

Part 2

弧光保护选型

我们经过仔细分析，选定安科瑞ARB5系列弧光保护进行研究。

ARB5系列弧光保护装置主要由ARB5-M主控单元、ARB5-S弧光探头组成。

ARB5-M主控单元特点

（1）启动条件可选弧光单判据或弧光+电流双判据。其中电流突变量启动系数可整定范围为0.05~10In，电流常量启动系数可整定范围为0.05~10In。

（2）11路可编程跳闸出口。

（3）4组3相电流采集。

（4）支持20路弧光探头信号采集。

（5）弧光故障点定位。

（6）弧光光纤链路自检及装置异常自检。

（7）4组失灵保护。

（8）支持IEC61850，便于组建数字化智能配电站系统。

ARB5-S弧光探头特点

（1）自带滤光功能。

（2）无源型弧光传感器。

（3）探测角度≥180°。

Part 3

弧光保护方案及动作逻辑

本文结合某水厂10kV供电系统工程，介绍安科瑞ARB5系列弧光保护配置方案。该工程涉及10kV I、II 段母线，共计12个回路，其中01、12柜为进线柜，06柜为母联柜，07柜为母联隔离柜，05、08柜为PT柜，02、03、04、09、10、11柜为出线柜。

图3 一次图及弧光配置图

图4 开关柜布局图
 

弧光保护配置方案是在两段母线上分别配置一台ARB5-M主控单元，安装位置为进线柜（或PT柜）仪表室的柜门上；每柜的母线室、手车室、电缆室（如有）各安装一个ARB5-S弧光探头。

保护动作逻辑为母线室或手车室弧光故障动作于跳闸进线和母联开关，电缆室弧光故障动作于跳闸出线回路开关。

图5  ARB5-M弧光主控单元背板接线示意图
 

Part 4

弧光探头安装位置

弧光探头可面板开孔安装，亦可支架式安装。

ARB5-S弧光探头有两种固定方式：卡扣式和螺丝式。

卡扣固定：

图6 卡扣式固定方式开孔尺寸
 

螺丝固定：

图7 螺丝式固定方式开孔尺寸
 

安装探头时应选择安装位置，避免出现检测盲区，并且应遵循以下原则。

弧光探头建议安装地点包括（但不于）母线室、手车室、电缆室。

弧光传感器建议安装容易产生电弧的位置。在开关柜有断路器的情况下：在母线触头连接处、上或下隔离开关（2处）触头处、电流互感器触头处、电缆接头处。在开关柜无断路器的情况下：在母线触头连接处、上和下隔离开关触头处（1处）、电缆接头处。 

封闭式母线桥架在桥架两端需要安装弧光传感器。若考虑实现开关柜的整体保护，可以在开关柜的断路器室和电缆室各安装1个弧光传感器。

母线室

图8 母线室开孔位置
 

手车室

图9 手车室开孔位置
 

电缆室

图10 电缆室开孔位置
 

Part 5

结束语

该水厂10kV开关柜弧光保护已投运两年。安科瑞ARB5系列弧光保护逻辑清晰、安装简单、动作迅速可靠，广泛应用于水务、电厂、医疗、工业、交通等行业项目。