安科瑞 陳聰

摘要：本文分析了中低壓設備運行存在的問題，對中低壓母線弧光保護裝置的系統構成和保護原理和進線了分析，結合實際使用情況，探討了在變電所和配電所兩種主接線方式下電弧光保護系統的配置方案，以期得到更廣泛的應用。

關鍵詞：弧光保護；電弧光；傳感器；主控單元

0引言

以往的母線保護基本上基于電流差動原理而設計，接線方式復雜，成本較高，運行維護工作量大，目前國內電力系統的中低壓母線沒有配置專門的母線保護，母線故障的切除均靠上配電設備保護裝置的后備保護來切除，為了和中低壓系統饋線保護在選擇性上的配合，往往帶著很大的延時，所以不能快速地切除中低壓母線上的故障。在中低壓配電系統中，開關柜體越來越小型化，配電裝置之間的間距也越來越小，產生弧光的的概率，弧光事故對母線、變壓器造成近距離短路故障沖擊，如不能及時切除，可引起變電站開關柜和其它設備故障，造成嚴重的損失和重大人身傷亡事故。快速切除開關柜體內的故障以縮小故障范圍已迫在眉睫。因此完*有必要采用套快速保護來保證中低壓配電設備的可靠運行為了保證中低壓配電系統安全穩定運行。需要配置專用的保護設備，用于快速切斷故障。電弧光保護系統正是基于開關柜內故障時產生弧光這個思路而設計的套母線保護系統。

1電弧光及其危害

在電力系統輸電線路和開關柜中，經常會由于短路故障而出現很大的電流，從而使整個系統遭到破壞甚至癱瘓。在電路短路的瞬間會出現溫度急劇增加，周圍空氣發生電離。進而引起電弧性短路起火而發出刺眼的強光。而對于通電的兩個電，在其接觸的瞬間和離開的

瞬間均會產生耀眼的強光，這種強光即是電弧光。按照電弧光發生的機理不同，可分為帶電導體間的電弧、帶電導體和地之間的電弧和絕緣表面的爬電。

1.1帶電導體間的電弧性短路起火

該情況下有兩種可能，其是兩導體接觸時因短路電流產生的高溫，使接觸點金屬熔化，之后金屬熔化成團收縮而脫離接觸的過程，在這種情況下可能建立電弧。其二是線路絕緣水平嚴重下降，雷電產生的瞬態過電壓或電網故障產生的暫態過電壓都可能擊穿惡化的線路絕緣而建立電弧。

1.2接地故障電弧起火

在電氣線路施工中，由于帶電導體絕緣外皮與鋼管間的摩擦會使絕緣薄膜嚴重受損，另外，發生雷擊時地面上春夏瞬變電磁場，它對電氣線路將感應很強的瞬態過電壓，芯線上感應的瞬態過電壓是基本相同的，而電纜梯架則因接地而為地電壓。因此，芯線對地的電位差較大，非常容易引起接地故障電弧。

1.3爬電起火

爬電是指電弧不是建立在空間間隙中的電弧，而是出線設備絕緣表面上的電弧。以上幾種情況，都易產生電弧而引起火災，因而要有效的捕捉電弧光并及時的斷電來保護電力系統或保護裝置。

2電弧光保護系統的基本構成

電弧光保護均采用模塊化方式構成系統，般包括主控制單元、擴展單元（包括各種電流采集擴展單元、弧光采集擴展單元、跳閘出口中間擴展單元）、弧光傳感器等多個模塊構成。

2.1主控單元是弧光系統的核心

主控單元負責采集、處理、記錄弧光故障的整個過程的判斷和分析。所有擴展單元負責前端傳感器數據的收集和非弧光故障信號的過濾，把有效的故障數據通過通訊傳遞給主控單元。各種類型功能的傳感器采集的故障信號，從弧光產生前期的局放現像開始捕捉，中期溫升曲線的變化、中后期拉弧現象的監視以及后期故障煙霧報警。

2．2弧光采集單元

現場安裝過程中需要使用采集單元和主控單元配合使用，每個弧光采集單元具有8個弧光檢測接口用于連接弧光探頭，采集單元之間通過光纖集聯，無限擴展弧光探頭采集數目。所接弧光探頭的感光強度可以在1Klux到499Klux之間調節，當它感受到過弧光后向主控單元發送弧光動作光信號。

2．3弧光探頭

專用于母線保護的無源弧光探頭安裝在開關柜的母線室內，是探測弧光的感應元330大角度采集弧光信號，保證了弧光動作的可靠性。

2.4智能電弧光保護系統配置方案要求

智能電弧光保護系統由弧光保護主單元和采集單元配合完成保護系統，根據電力次系統配置要求，弧光保護主單元與采集單元所需要的數量不同。

3.鐵路常用的變配電弧光保護系統

3.1配電所弧光保護系統

每段母線配置套弧光保護系統，主控單元負責采集電源進線三相電流以及保護系統的邏輯控制。光壓傳感器分布在每面開關柜間隔的母線室和電纜室內，通過弧光擴展單元或者直接連接到主控單元。弧光傳感器采用光壓體型，且光強和壓力閾值可調節。避免因光線遮擋造成的弧光保護系統拒動或延遲動作。每面開關柜的三相母線和電纜分別配置3點無線測溫傳感器，實時將溫度數據通過溫度單元上傳給主控單元記錄溫升曲線，且用戶可自定義溫度報警閾值。每面開關柜中間間隔層安裝個PDS局放傳感器（TEV暫態電壓），實時對本柜局放故障的在線監測，旦發生局放現象，弧光系統自動記錄放電能量和頻率并報警，提示用戶處理。煙霧傳感器作為因弧光故障后期引起的電氣火災的報警信號，可設置于無人值守站配電系統。安裝在每個間隔配電柜的母線室頂部，發生煙霧報警時弧光保護系統自動報警輸出并記錄故障點位置。弧光保護系統動作邏輯：弧光保護系統采用電流、壓力、光強、局放、溫度等多重判據，比傳統弧光+電流雙判據更加可靠，當母線發生弧光故障時快速切斷進線側電源；當電纜室弧光故障時切斷本柜斷路器，分區分控減少停電影響。

3.2變電所弧光保護系統

每段母線配置套弧光保護系統，主控單元負責采集變壓器出線柜三相電流以及保護系統的邏輯控制。高壓側變壓器出線柜內安裝個光壓傳感器，變壓器室安裝兩個光壓傳感器，當發生弧光故障時，弧光保護系統檢測因弧光故障引起的過流信號同時接收光壓傳感器的報警信號時，快速切斷變壓器出線柜開關進行保護。

4安科瑞ARB6產品功能

注：√表示具備此功能，■表示可選功能。

4.1產品選型指標配置

4.2開孔尺寸

4.2.1ARB6弧光保護裝置安裝位置和開孔尺寸。

ARB6弧光保護裝置安裝時需考慮開關柜安裝空間，與保護范圍內電源進線回路的TA回路連接、保護跳閘回路連接，原則上采用就近安裝方式，避免TA采集回路、跳閘回路連線過長，般安裝于主變壓器中、低壓側進線柜或TV柜柜門上，建議采用面板開孔安裝。

ARB6弧光保護裝置外形和開孔尺寸如下。（尺寸單位：mm）

左視圖正視圖開孔圖

4.2.2ARB-S弧光探頭固定方式和開孔尺寸

ARB-S弧光探頭固定在卡扣支架上，卡扣支架需要開孔安裝。卡扣支架的開孔尺寸為20mm（直徑）。

4.3探頭安裝位置

4.3.1母線室弧光探頭安裝

4.3.2手車室弧光探頭安裝

4.3.3電纜室弧光探頭安裝

5結論

弧光保護裝置解決了變壓器，母線近距離短路故障產生的危害，在出現短路故障動作的同時也記錄了動作時間、動作值、故障點位置等信息，對于無人值守的變配電所提供信息，保證系統正確可靠的運行。在現場投入運行過程中，弧光保護系統會發揮越來越大的經濟效益和安全保障。

參考文獻：

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