Cassification
摘要:電力成套設備快速發(fā)展的今天,設備的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。而隨著電力行業(yè)和應用領域的復雜化和深入性,使得中低壓成套開關(guān)設備發(fā)生故障的可能性也隨之變大。成套開關(guān)設備中母線故障產(chǎn)生的弧光將燒壞其他電器元件,從而導致事故擴大,往往造成較大的經(jīng)濟損失,而母線弧光保護正好解決了這個難題,能夠很好的保護開關(guān)設備并降低損失。
關(guān)鍵詞:中低壓開關(guān)柜;母線弧光保護
0 引言
中低壓成套開關(guān)柜作為電能生產(chǎn)與分配的基礎設施之一,使用量逐年增加,并且使用場合的復雜性也在增加,使用遵循的規(guī)范標準要求也隨著社會的發(fā)展而提高。如何保證中低壓開關(guān)柜安全可靠運行、降低電氣事故損失越來越多地受到重視。
弧光放電事故是中低壓開關(guān)柜內(nèi)嚴重的事故之一,由于電弧電阻的原因,故障電流往往達不到保護定值而不能迅速切斷故障,或者弧光故障電流達到了保護啟動值,動作時間不能快速切斷故障。
弧光放電不僅會造成停電事故,還會造成設備嚴重損壞和人身傷害事故,帶來不可估量的損失。
1 弧光故障事故危害
弧光產(chǎn)生時溫度可達到4500℃,內(nèi)部溫度可達到10000~20000℃?;」猱a(chǎn)生時瞬時功率可達到40MW,弧光光強可超過正常照明光強2000多倍。因此中低壓開關(guān)柜內(nèi)因故障而產(chǎn)生電弧時若不能及時采取合理措施,則會產(chǎn)生諸多危害。
(1)對設備的危害:電弧發(fā)生時產(chǎn)生大量高溫高壓氣體,氣體瞬時沖擊波可造成開關(guān)柜體變形、破碎;沖擊波爆破震動可造成開關(guān)柜劇烈震動,使各連接處緊固件松脫;產(chǎn)生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化,甚至將開關(guān)柜外殼金屬融化、元器件嚴重損壞并引起火災。
(2)對人的危害:高溫灼傷皮膚;熔化的金屬蒸發(fā)并滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化;高強度弧光傷害眼睛,甚至造成角膜脫落;高溫燃燒產(chǎn)生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統(tǒng);弧光電流作用于人體可使肌肉產(chǎn)生非自主劇烈收縮,也可損傷肌腱、皮膚、血管、神經(jīng)組織等。
電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數(shù)規(guī)律快速上升,其不僅與故障電流的大小有關(guān),還與燃弧時間有關(guān)。根據(jù)故障點的不同,通常情況下故障短路電流會在幾千安至幾十安,故障若不能及時切除以熄滅電弧,則會產(chǎn)生巨大能量??傊?,開關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障,不論是對開發(fā)設備還是對附近的工作人員,其危險性都很大。
圖1 電弧能量-時間曲線
因此,很有必要引入快速切除弧光故障的保護系統(tǒng)。安科瑞ARB5系列弧光保護裝置通過弧光+電流雙重判據(jù)或弧光單判據(jù)啟動保護,其弧光單判據(jù)動作時間≤7ms;弧光+電流雙判據(jù)動作時間≤20ms,為快速切除中低壓弧光故障提供了技術(shù)支持。
2 中低壓開關(guān)柜弧光保護必要性
國家標準相關(guān)規(guī)定,110kV及以上的電壓級別的變壓器的熱穩(wěn)定允許時間和動穩(wěn)定時間分別是2s和0.25s。一般,在低壓側(cè)出口出現(xiàn)短路故障時時間往往超過2s,不能滿足變壓器動穩(wěn)定時間要求,這樣就會導致變壓器損壞。
為了解決開關(guān)柜弧光短路故障問題,可以采取一些常規(guī)性防護措施,比如加強開關(guān)柜的結(jié)構(gòu),設置釋放板和泄壓通道將氣流等輸出柜體。但此類措施會提高設備成本,對電力企業(yè)的經(jīng)濟效益帶來影響。
弧光保護相比這些防護措施,可以從根本上限制故障電弧,從而解決開關(guān)柜弧光短路故障對工作人員和開關(guān)設備的影響和危害。一方面,可以在開關(guān)柜耐受燃弧時間內(nèi)采用中低壓母線保護快速切除故障;另一方面,能減少用戶停電時間,可盡快恢復生產(chǎn)。此外,對于使用年限很長需要進行改造的開關(guān)柜,采用弧光保護可合理延長其使用壽命,從而減少對開關(guān)設備的投資費用。
3 安科瑞ARB5系列弧光保護
安科瑞ARB5系列弧光保護裝置主要由ARB5-M主控單元、ARB5-S弧光探頭及光纖組成。
(1) ARB5-M主控單元特點
1)啟動條件可選弧光單判據(jù)或弧光+電流雙判據(jù)。其中電流突變量啟動系數(shù)可整定范圍為0.05~10In,電流常量啟動系數(shù)可整定范圍為0.05~10In。
2)11路可編程跳閘出口。
3)4組3相電流采集。
4)支持20路弧光探頭信號采集。
5)弧光故障點定位。
6)弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢。
7)4組失靈保護。
8)支持IEC61850,便于組建數(shù)字化智能變電站。
(2) ARB5-S弧光探頭特點
1)自帶濾光功能。
2)無源型弧光傳感器。
3)探測角度≥180°。
圖2 ARB5-S弧光探頭探測角度
4 中低壓開關(guān)柜母線弧光保護的應用
安科瑞ARB5系列弧光保護裝置廣泛應用于中低壓開關(guān)柜母線保護。
(1) 某機場10kV開關(guān)柜母線弧光保護
圖3 某機場10kV開關(guān)柜ARB5弧光保護安裝圖
(2) 某工廠0.4kV開關(guān)柜母線弧光保護
圖4 某工廠0.4kV開關(guān)柜ARB5弧光保護安裝圖
5 結(jié)語
在電力系統(tǒng)運行中,由于自身電容量等因素的限制,需要對中低壓開關(guān)柜與母線進行合理地保護,因此,需要從中低壓開關(guān)柜電弧光短路故障原因和現(xiàn)有的中低壓母線保護方案存在的問題進行分析,明確故障問題帶了的嚴重危害,通過應用弧光保護,合理處理故障問題,從而更好地保護實現(xiàn)開關(guān)柜與母線的保護。
編輯:安科瑞 孫斌
公司:江蘇安科瑞電器制造有限公司
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