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DPR360ARC 母線短路保護(hù)
電弧光產(chǎn)生原因及其危害
由于中低壓系統(tǒng)容量增大、電纜應(yīng)用增多、系統(tǒng)諧振過電壓、絕緣故障、載流回路不良以及人為操作錯(cuò)誤等各種原因，常常引起開關(guān)柜弧光短路故障。開關(guān)設(shè)備內(nèi)部故障產(chǎn)生的電弧光造成開關(guān)設(shè)備中的壓力和溫度迅速增加，電弧光中心溫度約為20000℃，約為太陽表面溫度的3~4倍，如不能及時(shí)切除，電弧可將開關(guān)柜內(nèi)的器件點(diǎn)燃，引起火災(zāi)，大面積燒毀配電設(shè)備，甚至破壞站內(nèi)直流系統(tǒng)，造成嚴(yán)重的損失和重大人身傷亡事故。
電弧光故障的危害程度取決于電弧光電流及切除時(shí)間，電弧光產(chǎn)生的能量與時(shí)間成指數(shù)規(guī)律快速上升。電弧燃燒持續(xù)時(shí)間超過100ms，所釋放的能量開始急劇增加，接著各種故障效應(yīng)對開關(guān)設(shè)備的電纜、銅排以及鋼材造成嚴(yán)重?fù)p壞。但是，目前中低壓母線保護(hù)所普遍采用的變壓器后備過流保護(hù)長達(dá)1.0~2.0s的動作時(shí)間，采用饋線速度保護(hù)閉鎖的后備過流保護(hù)，典型動作時(shí)間為300ms~500ms，保護(hù)動作、跳開斷路器時(shí)，事故現(xiàn)場的開關(guān)柜往往已燒得面目全非，國標(biāo)中規(guī)定II、III類變壓器動作穩(wěn)定時(shí)間為0.25s，中低壓母線故障切除時(shí)間往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過0.25s，變壓器承受近距離短路故障沖擊，故障電流產(chǎn)生的點(diǎn)動力可能導(dǎo)致變壓器繞組變形，往往需要更換繞組，造成嚴(yán)重的后果和損失。
目前國內(nèi)用于中、低壓母線的保護(hù)及其局限性：
● 變壓器后備過流保護(hù),典型的保護(hù)動作時(shí)間1.2s～2.0s;
● 采用饋線速斷保護(hù)閉鎖的變壓器后備過流保護(hù)，典型的保護(hù)動作時(shí)間為300ms～500ms;
● 高阻抗母線差動保護(hù)，典型的保護(hù)動作時(shí)間為30ms～50ms。
變壓器后備過流保護(hù)動作時(shí)間過長，不能起到有效的保護(hù)作用，高阻抗母線差動保護(hù)范圍受CT安裝位置的限制，接線復(fù)雜，CT要求高，且總體造價(jià)昂貴。
選用DPR360ARC母線短路保護(hù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：
1）減少或降低電弧光對于人體的傷害;
2）減少或降低電弧光短路故障對于設(shè)備的損害;
3）避免變壓器因近距離母線故障造成動穩(wěn)定破壞，延長變壓器的使用壽命;
4）縮短電弧光故障切除時(shí)間，避免波及站內(nèi)直流系統(tǒng)造成重大損失;
5）減少因電弧光故障造成設(shè)備停運(yùn)的時(shí)間，更快地恢復(fù)供電。
母線短路保護(hù)系統(tǒng)解決方案
針對上述難題，合肥凱正電氣技術(shù)有限公司開發(fā)了國內(nèi)第一套中低壓母線及開關(guān)柜內(nèi)部故障快速保護(hù)系統(tǒng)—DPR360ARC母線短路保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以我公司自行研制的弧光檢測探頭為核心技術(shù)，結(jié)合電流檢測形成光檢測和電檢測的雙判據(jù)原理，通過弧光采集、快速數(shù)據(jù)傳輸、光纖通信、大規(guī)模硬件編程等關(guān)鍵技術(shù)準(zhǔn)確檢測電弧光型號，選用快速繼電器出口跳閘時(shí)間小于4ms，遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的母線保護(hù)，對開關(guān)柜的內(nèi)部弧光故障總切除時(shí)間可以控制100ms以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)中低壓母線的快速保護(hù)。
系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
系統(tǒng)原理說明
母線短路保護(hù)系統(tǒng)典型應(yīng)用示例圖開關(guān)柜內(nèi)部故障快速保護(hù)以母線保護(hù)光檢測和故障定位為核心技術(shù)，在開關(guān)柜母線室、開關(guān)室及電纜室分別設(shè)置母線光檢測點(diǎn)，定位故障發(fā)生部位，在饋出開關(guān)斷路器一下部分發(fā)生故障時(shí)由本開關(guān)跳閘切除故障，實(shí)現(xiàn)無死區(qū)的開關(guān)柜內(nèi)部故障快速保護(hù)。
開關(guān)柜內(nèi)部故障快速保護(hù)解決方案
傳統(tǒng)的母線保護(hù)采用電流突變和電弧光與門判斷實(shí)現(xiàn)母線保護(hù)，僅能反應(yīng)開關(guān)母線室故障，對開關(guān)柜內(nèi)部易發(fā)生故障的開關(guān)室、電纜室不能提供保護(hù)。
開關(guān)柜內(nèi)部故障快速保護(hù)以母線保護(hù)光檢測和故障定位為核心技術(shù)，在開關(guān)柜母線室、開關(guān)室及電纜室分別設(shè)置母線光檢測點(diǎn)，定位故障發(fā)生部位，在饋出開關(guān)斷路器一下部分發(fā)生故障時(shí)由本開關(guān)跳閘切除故障，實(shí)現(xiàn)無死區(qū)的開關(guān)柜內(nèi)部故障快速保護(hù)。
系統(tǒng)原理說明
系統(tǒng)適用于封閉式開關(guān)柜，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜母線室、開關(guān)室及電纜室有選擇性母線保護(hù)。
開關(guān)與饋線開關(guān)母線室，母線上其他間隔(PT柜、隔離柜等)屬于母線范疇，每個(gè)間隔安裝弧光傳感器，直接或通過擴(kuò)展器接入主控單元，如下圖中母線室S1弧光傳感器安裝所示。
每個(gè)饋線單元及母聯(lián)開關(guān)室配置一個(gè)弧光繼電器，開關(guān)室及電纜室分別安裝弧光傳感器，接入弧光繼電器，如下圖開關(guān)室S2、電纜室S3弧光傳感器安裝所示。
主控單元直接或通過電流單元跳變低、分段開關(guān)，弧光繼電器直跳本單元開關(guān)。變低、分段開關(guān)CT直接或通過電流單元接入主控單元。
以母線為區(qū)域劃分邏輯，母線配置的弧光傳感器直接接入主控單元，若故障發(fā)生在d1位置，故障處于母線保護(hù)范疇范圍，母線室弧光傳感器S1監(jiān)測到弧光動作，并且電流判據(jù)滿足，則主控單元根據(jù)整定的邏輯速跳主變低壓車開關(guān)，分段開關(guān)。
弧光繼電器與主控單元之間通過光纖雙向通信，由主控單元根據(jù)運(yùn)行方式不同將變壓器或母聯(lián)電流動作狀態(tài)發(fā)送至弧光繼電器，若故障發(fā)生在d2,d3位置，故障處于饋出開關(guān)保護(hù)范圍，當(dāng)弧光繼電器監(jiān)測到開關(guān)室弧光傳感器S2或電纜室弧光傳感器S3發(fā)生弧光，并且電流判據(jù)滿足的情況下，直接跳本開關(guān)，在開關(guān)跳閘同時(shí)弧光繼電器發(fā)送故障信號(失靈信號)至弧光主控單元。
若故障發(fā)生在d4位置，故障處于斷路器上觸頭位置，弧光繼電器監(jiān)測到開關(guān)室弧光傳感器S2動作后跳本開關(guān)斷路器不能夠切除故障，若主控單元收到弧光繼電器已動作信號，在經(jīng)過50~150ms(可整定)后，若弧光繼電器所屬區(qū)域電源點(diǎn)相電流或負(fù)序電流判據(jù)滿足，則主控單元根據(jù)整定的邏輯跳變低壓側(cè)開關(guān)、分段開關(guān)，起到失靈保護(hù)作用。
通過主控單元和弧光繼電器的配合實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)故障快速保護(hù)，整個(gè)開關(guān)柜內(nèi)部故障無保護(hù)死區(qū)，并能夠選擇性的切除故障，縮小系統(tǒng)停電范圍。
主控單元端子接線圖
1）本地采樣模式
