ARB6电弧光保护：汽车制造企业变电站中低压开关柜安全的‘最后一道防线’

易允恒 安科瑞电气股份有限公司

摘要

电弧光故障是变电站中低压开关柜面临的主要安全威胁之一，其发展速度快、破坏力强，可能导致设备严重损坏，甚至引发火灾和爆炸事故。本文针对变电站中低压开关柜的运行特点，分析了电弧光故障的成因及其危害，提出了一种基于电弧光检测与过流检测的双重判据保护方案，并结合实际案例，详细阐述了电弧光保护系统的配置方案、安装调试以及优化设计。本文旨在为变电站中低压开关柜的电弧光保护提供参考，以提高变电站的安全稳定运行水平。

0 引言

随着电力系统的发展，变电站中低压开关柜的应用日益广泛。与传统的户外敞开式设备相比，户内开关柜具有占地面积小、操作集中、维护方便等优点，但也带来了新的安全隐患：

电弧光故障风险增加: 开关柜内部空间狭小，设备密集，一旦发生电弧光故障，电弧能量集中，破坏力强。

故障检测与切除难度大: 开关柜内部结构复杂，故障检测和故障点定位难度大，传统保护装置难以满足快速切除故障的要求。

据统计，电弧光故障是导致开关柜设备损坏和变电站事故的主要原因之一。为了保障变电站的安全稳定运行，亟需一种快速、可靠的电弧光保护方案。

1 中低压开关柜电弧光故障分析

1.1 电弧光故障成因

绝缘故障: 绝缘材料老化、受潮、破损等导致绝缘性能下降，引发电弧光故障。

机械故障: 开关触头接触不良、机构卡涩等导致电弧光产生。

人为误操作: 误操作导致设备短路，引发电弧光故障。

其他因素: 动物进入、设备振动等也可能引发电弧光故障。

1.2 电弧光故障的危害

设备损坏: 电弧光产生的高温可达数千度，可瞬间熔化金属，导致开关柜内部设备严重损坏。

火灾爆炸: 电弧光引发的火灾和爆炸事故会进一步扩大事故范围，造成更严重的后果。

人员伤亡: 电弧光产生的强光、高温、烟雾和有毒气体会对现场人员造成伤害。

2 电弧光保护方案设计

为了有效应对电弧光故障，本文提出了一种基于电弧光检测与过流检测的双重判据保护方案。

2.1 保护原理

电弧光检测: 利用弧光传感器检测开关柜内部的光强变化，当光强超过设定阈值时，判断为发生电弧光故障。

过流检测: 利用电流互感器检测线路电流，当电流超过设定阈值时，判断为发生故障。

双重判据: 只有同时满足电弧光检测和过流检测条件时，保护装置才会发出跳闸指令，切除故障。

2.2 系统组成

电弧光保护系统主要由以下几个部分组成：

主控单元: 负责接收和处理来自弧光传感器和电流互感器的信号，判断故障类型和位置，并发出跳闸指令。

弧光传感器: 安装在开关柜各间隔室中，负责检测电弧光信号。

电流互感器: 安装在母线或馈线上，负责检测线路电流。

辅助单元: 负责连接弧光传感器和主控单元，并提供电源和通信接口。

断路器失灵保护: 当断路器拒动时，启动断路器失灵保护逻辑，跳开上一级断路器。

2.3 动作逻辑

1.弧光传感器检测到电弧光信号，传输给主控单元。

2.电流互感器检测到过流信号，传输给主控单元。

3.主控单元判断是否同时满足电弧光检测和过流检测条件。

如果是，发出跳闸指令，切除故障。

如果否，发出报警信号，通知运维人员。

3 电弧光保护在变电站中的应用案例

3.1 项目概况

某 110kV 变电站采用单母分段接线方式，共有 14 面中低压开关柜和 2 个母线桥。为提高变电站的安全运行水平，该变电站安装了 ARB5 型电弧光保护系统。

3.2 系统配置

主控单元: 一台 ARB5 主控单元，安装在 10kV 进线柜的面板上。

弧光传感器: 16 个光探头，分别安装在 14 面开关柜以及两个母线桥中。

光纤: 300 米光纤，用于连接主控单元和弧光传感器。

3.3 安装步骤

1.设计电气安装图纸，并进行审核和修改。

2.准备安装所需的辅材和辅件，在开关柜上开好安装孔。

3.确定停电时间，并安排厂家技术人员到现场配合安装。

4.安装主控制装置和弧光传感器。

5.敷设 CT 线、跳闸回路电缆等。

6.完成安装后，进行调试和测试。

7.对变电站技术人员进行培训，并进行验收。

3.4 技术规范

KGN 柜安装: 在柜子上侧中部安装弧光传感器，确保足够的绝缘距离和检测角度。

KYN 柜安装: 只能在母线隔室安装弧光传感器。

二次回路简化: 避免电弧光保护的无选择性跳闸，采用分列运行方式。

新建变电站: 投产前应装设电弧光保护装置。

运行变电站: 可结合开关柜大修情况，装设电弧光保护装置。

4 电弧光保护的优化设计

4.1 提高保护可靠性

冗余设计: 采用双主控单元、双弧光传感器等冗余设计，提高系统可靠性。

自检功能: 增加系统自检功能，及时发现并处理故障。

抗干扰能力: 提高系统抗电磁干扰能力，避免误动作。

4.2 优化保护方案

分区保护: 根据开关柜内部结构，进行分区保护，提高故障定位精度。

选择性保护: 优化保护动作逻辑，实现选择性跳闸，避免大面积停电。

智能分析: 利用人工智能技术，对故障数据进行智能分析，提高故障诊断能力。

4.3 完善运维管理

定期维护: 定期对电弧光保护系统进行维护和检修，确保其正常运行。

状态监测: 实时监测系统运行状态，及时发现并处理异常情况。

人员培训: 加强运维人员培训，提高其对电弧光保护系统的操作和维护水平。

5 安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明

ARB5-弧光主控单元

技术参数代码	代码说明
弧光主控板数
0	0块主控板，可接0块采集板信号
1	1块主控板，可接6块采集板信号
2	2块主控板，可接12块采集板信号
3	3块主控板，可接18块采集板信号
4	4块主控板，可接24块采集板信号
弧光采集板数
0	0块采集板，可直接采集0个弧光探头信号
1	1块采集板，可直接采集5个弧光探头信号
2	2块采集板，可直接采集10个弧光探头信号
3	3块采集板，可直接采集15个弧光探头信号
4	4块采集板，可直接采集20个弧光探头信号
电流输入
1	1A
5
电源
1	装置电源为DC110V，开入电源DC110V
2	装置电源为DC220V，开入电源DC220V
3	装置电源为AC110V，开入电源DC24V（装置自带）
4	装置电源为AC220V，开入电源DC24V（装置自带）
电源
0	不需要
1	支持MMS
2	支持MMS，GOOSE

（1）＊表示可选附件，需要另外增加费用1500元。

（2）主控板和采集板数量之和不能大于4。

（3）弧光探头到采集板的长度不能超过20米。

（4）如有特殊要求，请特别注明。

5.1安科瑞ARB5-M弧光保护产品功能和技术参数

型号	主要功能	技术参数
ARB5-M弧光保护主控单元	8组弧光保护	可选配4块采集板，1块采集板可采集5路探头，共支持20路弧光探头直接采集。亦可选配4块主控板（即可接入4台ARB5-E扩展单元）1块主控板可接收6块采集板的探头，共支持120路弧光探头采集。
4组失灵保护
4组电流回路TA监测
4组三相电流采集
11路可编程跳闸出口
非电量保护
装置故障告警
2路RS485
2路以太网
1路打印接口
1路IRIG-B码对时接口
支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103
支持GOOSE输入输出（选配）
ARB5-E弧光保护扩展单元	弧光信号采集	可选配6块采集板，1块采集板可采集5路探头，共支持30路弧光探头直接采集。
模拟状态传输
需要配合ARB5-M主控单元使用
ARB5-S弧光探头	弧光信号监测	点式弧光传感器，可安装于母线室、电缆室或断路器室。
现场调试及工程服务费		视项目情况核价

5.2安科瑞ARB5-M弧光保护产品现场安装

弧光保护主控单元、探头安装图如下。

 

6 结束语

综上所述，采用电弧光保护系统对变电站进行保护，其动作时间为5-7ms，可以迅速实现对故障的响应和处理，使变电设备的损失减到小，大大提高了变电站运行的安全性和运行效率。

审核编辑 黄宇