摘要：闡述弧光短路在配電網中的危害性，介紹弧光短路的發生機理及主要影響因素，指出電弧光保護系統的特點、構成、作用以及電弧光保護的實際應用情況。應用結果表明：電弧光保護裝置運行可靠，模擬試驗動作正確。

關鍵詞：弧光短路；電孤光保護；廠用電系統

       弧光短路是配電網中嚴重的故障。尤其是發生在中、低壓開關柜內部時，由于電弧電阻原因，短路電流往往無法達到過流速斷整定值，因而不能動作決速切斷故障，電弧持續燃燒釋放巨大能量，將造成開關柜被嚴重燒毀的災難性后果。開關柜的弧光短路故障，往往由于未得到及時消除，將發展為母線故障，其危害是非常嚴重的，可能造成發電廠廠用電瓦解、重要用戶停電，嚴重時會導致多組開關柜同時燒毀的“火燒連營"事故等。近年來，因母線故障造成巨大短路電流沖擊導致變壓器損壞也不少見，造成了重大的經濟損失。

1.1弧光放電發生的機理當兩電間電壓升高時，電近處空氣中的正負離子被電場加速，并在移動過程中與其他空氣分子碰撞產生新的離子，這種離子大量增加的現象稱為電離。當空氣被電離時，溫度隨之急劇上升產生電弧，這種放電稱為弧光放電。弧光放電一般不需要很高的電壓，屬于低電壓大電流放電。

1.2中低壓開關柜內發生弧光短路的主要因素

      (1)使用了性能不良的導電體。

      (2)絕緣損壞(包括老化、受潮、裂痕等)。

      (3)人體或其他物品意外接觸到帶電部位。

     (4)操作過程中的失誤或者設計、安裝錯誤。

     (5)元件損壞，沒有良好的維修和保養設備。

      (6)過電壓。

1.3不同燃弧時間與設備損壞程度的關系

      根據搜集到的國外資料，不同燃弧時問對設備造成的損壞程度如下：

       (1)35ms：沒有顯著的損壞，一般可在檢驗絕緣電阻合格后投入使用；

      (2)1001TIS：損壞較小，在開關柜再次投入運行前需要進行清潔或小修；

      (3)500Iris：設備損壞很嚴重，現場人員也受到嚴重傷害，更換部分設備才可再投入運行。因此，切斷弧光短路故障的時間非常關鍵，只有速度更快的保護系統才能提供更有效的保護，在弧光短路故障時保護人和設備的。 

2.1電弧光保護系統的發展

        近年來，隨著國內電力工業的高速發展，中、低壓開關柜的應用數量越來越多，因開關柜弧光短路故障而引發的中、低壓母線故障日益增多。鑒于用戶對供電可靠性的要求越來越高，國內專家一直強調裝設專用中、低壓母線保護的重要性，用戶也希望能提供一種造價較低、原理簡單、適用于6—35kV的母線保護，以大地減少母線故障對設備及人員的危害，提高供電可靠性。在這種背景下，電弧光保護系統在我國電力系統中得到了廣泛應用。

2.2電弧光保護的作用

     (1)保護附近工作人員免受電弧短路故障造成的傷害。

     (2)保護中、低壓開關設備免受嚴重損壞，防止火災事故的發生。

     (3)保護昂貴的主變壓器或廠用變壓器免受短路電流沖擊而損壞。

     (4)防止波及站用直流系統，避免造成巨大的經濟損失。

      (5)大地減少用戶的停電時間，將用戶的停電恢復時問由原來的2天至3個星期減少到幾個小時。

      (6)延長現有開關設備的使用壽命，推遲更換開關設備的時間。

       某廠6kV開關柜采用RIZNEREagleEye光電式電弧光保護系統，其工作原理是：采用電弧光傳感器監測電弧光信號，配合過流判斷故障，其可控硅出口小于lms，快速繼電器出口小于8ms以及斷路器3560ms的跳閘時間，從而有效保護開關設備。

3.1電弧光保護系統的特點

      (1)采用電弧光及過流雙判據原理。

      (2)連續的自我檢測。

      (3)采用光纖傳輸跳閘指令，可控硅高速出口和快速繼電器出口相結合，動作時間小于8ms。

      (4)主輔元件分離，單系統可以保護256個監測點。

      (5)輸入輸出均可編程，配置靈活，適合任何復雜工況。

      (6)顯示故障位置，便于故障處理，大地提高了供電恢復速度。

3.2電弧光保護系統的組成

       電弧光保護系統由1個電弧光主控單元、1個電源模塊、2個電流輔助單元、1個弧光單元和若干電弧光傳感器(按間隔量配置)組成。將電弧光傳感器安裝在開關柜母線室內，確保母線室內發生弧光短路故障時能探測到弧光。信號通過光纖和數據線傳輸到主控單元，主控單元依據設定邏輯，判斷是否發出跳閘指令。弧光單元安裝在某個選定的開關柜中，選擇原則是保證該單元與主控單元和各個開關柜里裝設的電弧光傳感器的連接線距離較短。

3.3電弧光保護的邏輯

       (1)6kV段任一開關柜的母線室產生弧光(現場試驗用手電筒光源模擬)，主控單元都能發出光報警(綠燈變紅燈閃爍)，并能顯示相應正確的地址，但不發送跳閘信號。

       (2)6kV段工作電源進線柜或備用電源進線柜三相電流中的任何一相出現過流情況(現場試驗采用繼電保護測試儀給電流的方式模擬)，主控單元都能發出過流報警(綠燈變紅燈閃爍)，并能顯示相應正確的地址，但不發送跳閘信號。

       (3)6kV段任一開關柜的母線室產生弧光，同時工作電源進線柜或備用電源進線柜三相電流中的任一相出現過流情況(試驗模擬方法同上)，主控單元都能發出光報警和過流報警，并能顯示相應正確的地址，同時送出相應的跳閘信號。

       (4)工作電源進線柜任何一相給過流信號并同時在任一個弧光通道給弧光信號時，主控單元發跳閘信號給工作電源進線柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。

       (5)備用電源進線柜任何一相給過流信號并同時在任一個弧光通道給弧光信號時，主控單元發跳閘信號給備用電源進線柜跳閘出口及閉鎖快切出口繼電器。

3.4電弧光保護實際應用情況

        該廠機組6kV廠用電系統共有4段母線，每段母線均配有該電弧光保護系統。該系統2010年投入運行以來，其6kV廠用電系統未發生過電弧光短路事故；但從機組大修時的檢測報告來看，電弧光保護裝置均能正確動作。目前，該廠已將電弧光傳感器的檢查以及整套裝置的試驗列為大修中停母線檢修的標準項目，以確保裝置能夠正常運行。

4.1概述

       中低壓母線發生短路故障時，所產生的電弧光對設備及人員會造成很大的傷害。在電力系統中，由于設備故障、人為地錯誤操作或錯誤接線、絕緣材料老化和機械磨損、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環境因素、電纜接頭制作不良、過電壓、其他原因如動物鼠害等可能在開關設備內造成短路故障并產生電弧光。

        電弧光一旦產生，其危害程度取決于電弧光電流及切除時間，電弧產生的能量與12t成指數規律快速上升。只有在短時間內切除故障才能使設備不遭受損害。若總切除時間大于100ms，輕則設備局部燒損，重則造成柜爆炸以及人員傷亡，有的可能引發火災。

        安科瑞ARB5系列弧光保護裝置外觀時尚、大屏幕液晶顯示，圖形化多語言菜單，操作快捷方便;具有強大的功能集成:集保、測量、控制、監測、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能于一體,準確實時監測弧光信號，保護電流，適用于中低級電網的弧光故障迅速切除裝置。

4.2應用場所

       適用于石油化工、數據、電網電廠、機場軌道交通、醫療公共設施等行業。

4.3安科瑞ARB5弧光保護產品選型說明

      ARB5系列弧光保護裝置由ARB5-M主控單元、ARB5-E擴展單元、ARB5-S弧光探頭、等配件構成。

 

       ARB5-M弧光主控單元

 

注：1、*表示可選附件。

2、主控板和采集板數量之和不能大于4。

3、弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

4、如有特殊要求，請特別注明。

 

4.4安科瑞ARB5-M弧光保護產品功能和技術參數

 

4.5安科瑞ARB5-M弧光保護產品現場安裝

 

        弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下：

 

 

       現代電力系統的發展，配電網容量的逐漸增加，中低壓母線故障對電力系統運行的影響越來越嚴重。它不僅使中壓開關設備嚴重燒毀，造成“火燒連營"事故；而且可能損壞昂貴的變壓器，造成十分嚴重的經濟損失，因此非常有必要安裝電弧光保護。此外，電弧光保護的應用不能按照國外初設計模式，僅僅保護母線橋自身弧光短路，應用實踐中要積改進，既作為中低壓母線保護又成為饋線側弧光短路的快速保護神。

 

參考文獻

[1]許震，丁鑫.電弧光保護及其在6kV廠用電系統的應用[J].2016（3）：18.

[2] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

作者介紹：

柏為為，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為中低壓供電系統繼電保護和弧光保護。