弧光保护装置原理讲课
弧光保护系统
一.前言相对于输电线路、发电机、电动机和变压器等电气设备，母线的故障几率是比较低的。
但由于母线绝缘子或断路器、隔离开关套管发生闪络、运行人员误操作，中低压母线受小动物危害等原因，母线故障时有发生。
而通常母线上接有较多的电气元件，母线故障时将会使所有这些电气元件停电，其影响面积大，后果严重。
目前在我国220KV以上电压等级的母线上，为满足电力系统暂态稳定性的要求，一般均装设有专门的快速母线保护，母线故障可有选择地快速切除。
110KV电压等级的母线，视其重要程度和复杂程度，有些装设专门的母线保护，有的则不装。
而35KV以下电压等级的中低压母线，无论其出线条数多少、复杂程度如何，一般都没有装设专门的母线保护。
而开关柜内部弧光故障是配电系统中一种非常严重的故障，它的发生会造成灾难性的后果，其内部电弧燃烧释放的巨大能量所产生的各种故障电弧效应，严重烧毁昂贵的开关设备，短路电流冲击可损坏主变压器，造成长时间停电。
更严重的是，它还会造成附近工作人员的伤亡事故。
就目前应用的中低压母线短路保护方案而言，不能满足开关柜内部电弧光短路的要求，需要引进新的专用母线保护方案以解决现代电力系统及厂矿企业提高供电可靠性，减少停电时间的问题。
国外自20世纪60年代就开始关注开关柜内部故障电弧对人员伤害的严重性，并对开关柜内部故障特性进行深入的试验研究。
在90年代初开发出基于检测电弧光的中低压线母线保护系统，并开始在电力系统，厂矿企业投入运行。
近年来，在欧美一些国家，越来越多的用户采用电弧光保护作为中低压开关柜内部故障保护，并且在一些国家该保护装置已成为中、低压开关柜的标准配置。
西安富邦科技实业有限公司，在吸收国外先进技术，结合行业检测及保护配置相关规程，研发出具有低价位，适用性强，高可靠性的电弧光保护系列产品FB360中低压母线快速保护装置. FB360中低压母线快速保护装置是国内同内产品中极少数通过国家继电器检测中心检测并取得许可证的生产厂家之一，现已形成批量产能，填补了国内中低压母线及开关柜弧光保护的空白，该产品自推出以来，应用领域遍及电力企业的各类发电厂，厂用电系统和配电变电站.工业系统的炼钢厂、金属冶炼厂、石油化工厂、造纸厂、造船厂、塑料厂、矿山，楼宇等供配电系统以及铁路、电信，商业中心的配电系统。
ADP306电弧光保护装置
ADP-306系列电弧光保护装置概述高压电气设备的各种短路故障和接地故障常伴有电弧光，电弧光产生巨大的压力和温升，会对电气设备与人身安全造成严重伤害。
电弧光故障的影像照片（PS照片）电弧光产生的原因很多，包括误入带电间隔，误操作隔离开关，误带地线合闸，误将检修工具遗漏在设备内，接线错误，设备老化、机械磨损、过电压、小动物（尤其是老鼠）、灰尘及环境腐蚀使绝缘降低等因素。
电弧光的危害性很大，会使电气设备内部温度和压力迅速增加。
弧光中心的温度能达到20,000℃，超过太阳表面温度的3倍，铜排、铝排、电缆着火甚至气化，压力上升导致电气设备爆炸。
弧光冲击波以300m/s的速度爆发，摧毁沿途的其它设备，使事故范围扩大化。
对人身而言，高温会灼伤皮肤、强光会刺伤眼睛、爆破音振会损伤耳膜及肺脏，伤亡非常严重。
电弧光故障的危害程度取决于电弧光电流的大小及持续时间，电弧光产生的能量I2t与故障持续时间t成指数规律快速上升。
越早切除故障，弧光的危害越低。
IEC 62271-200 Ed. 2.0的附录AA指定100ms电弧燃烧时间作为中压开关柜的电弧故障防护标准。
即当开关柜发生内部故障，如果在100ms以内切除故障，开关设备及附近人员的损害较小。
考虑到裕度及开关柜质量的差异，一般认为在75ms内将弧光故障切除即能有效降低故障的危害。
电力系统110kV及以上电压等级的设备都配置有零延时保护，能快速的切除故障；35kV 及以下电压等级的母线通常不配置独立的母差保护装置，借助变压器后备保护装置的过流保护来切除母线故障；由于选择性的要求，该过流保护带有延时，一般0.3s～2s。
较长的延时使得35kV及以下电压等级的母线故障切除滞后、破坏性严重。
35kV及以下电压等级的出线通常配置过流速断，保护装置的动作时间一般在30ms左右。
有些间隙性的弧光故障，初期的电流不大，达不到速断定值，只有在故障发展变严重之后保护装置才能跳闸；由于任由故障发展，丧失了及早切除故障的良机，事故后果更为严重。
什么是电弧光保护？如何实现有效的厂用中、低压母线保护
什么是电弧光保护？如何实现有效的厂用中、低压母线保护1 目前存在的问题目前，380伏/1千伏/3千伏/6千伏/10千伏/35千伏开关柜中没有专用的母线保护，但在国外电力行业已经普及95%以上；国内采用变压器过流保护用于母线后备保护，理论上必须延时300～500毫秒，实际上动作时间可能长达1.5～2秒，起不到对母线的真正保护，并且使变压器低压侧绝缘有较大的结构性损坏，所以目前的母线后备保护是有缺陷的。
开关设备内电弧光产生的人为原因有误入带电间隔、隔离开关误操作、带接地线合闸、忘记测量工作区内的电压。
技术原因有设备故障和带电设备的误操作，设备正常检修后，遗漏工具在开关设备内，错误的接线和母线连接，绝缘老化和机械磨损、过电压、小动物（尤其是老鼠）、灰尘、温度、湿度、腐蚀等环境因素。
如果在开关柜内发生电弧光故障，由于开关柜中的空气压力和温度迅速增加，如果不及时切除，将造成人员伤亡、设备损坏等重大损失。
中、低压开关柜是供电系统的供电枢纽。
在发生内部故障时，是否能迅速地切除故障，对配电系统的安全运行至关重要。
但是，按目前的保护方案，中压母线尚没有配置任何专门的保护，而是由进线开关的相关后备保护来兼顾的；但是进线开关与出线开关的保护需要相互配合；一般速断保护延时的级差至少为300毫秒，甚至500毫秒或更长；而过流保护的配合级差更是长达1～2秒。
所以，配电系统中、低压母线上所发生的任何故障都至少要延时切除。
换句话说，现有的厂用中、低压母线能在第一时间切除故障的保护还是个空白。
可是，我们只要稍加注意，就会发现，不论是中、低压（开关柜）母线的上游还是下游的诸多电气设备都配有快速保护。
相比之下，中、低压母线的安全性和可靠性却没有得到足够的重视。
鉴于中、低压母线的重要地位，任何故障的延时切除，都是我们极不愿意看到的状况。
因为开关柜内的各种故障，其短路电流所产生的电弧及其大量的高温，使柜内气体急剧膨胀，可在极短的时间内达到顶峰，严重危及人身和设备安全。
#6机6kv母线电弧光保护
#6机6kV母线电弧光保护6kVⅥ段弧光保护系统原理说明1）6kV段任一个开关柜的母线室产生弧光，主控单元都能进行光报警（绿灯变红、闪）、并能显示相应正确的地址，不发送跳闸信号但是发6kV ⅥA段弧光保护系统报警信号，此时若是弧光单元连接的探头接收到弧光信号弧光单元的绿灯变红、闪烁。
2）6kV段工作电源进线柜或备用电源进线柜三相电流中的任何一相出现过流情况，主控单元都能进行过流报警（绿灯变红、闪）、并能显示相应正确的地址，不发送跳闸信号但是发6kV ⅥA段弧光保护系统报警信号，此时电流单元绿灯变红直到主控单元复位。
3） 6kV段某个开关柜的母线室产生弧光并且同时工作电源进线柜或备用电源进线柜三相电流中的任何一相出现过流情况，主控单元能进行光报警和过流报警（绿灯变红、闪），并能显示相应正确的地址，同时送出相应的跳闸信号。
6kVⅥ段故障代码信息查询表故障代码信息查询内容主控单元信息A 光报警，超出ARC的预整定光照度（30000勒克司）C 过流报警，超过CR的预整定的电流定值（ 2.5 A）F 光报警，超出1MU的预整定光照度（30000勒克司）F0.01 1MU的L1 弧光通道报警、6kV ⅥA段ⅥA17—ⅥA24号柜母线仓弧光报警F0.02 备用F0.03 1MU的L3过流报警、6kV ⅥA段工作电源进线过流报警F0.04 1MU的L4过流报警、6kV ⅥA段备用电源进线过流报警F8.01 备用F8.02 1MU第2弧光通道光报警、ⅥA2号开关柜母线仓弧光报警F8.03 1MU第3弧光通道光报警、ⅥA3号6601开关柜母线仓弧光报警F8.04 1MU第4弧光通道光报警、ⅥA4号柜母线仓弧光报警F8.05 1MU第5弧光通道光报警、ⅥA5号柜母线仓弧光报警F8.06 1MU第6弧光通道光报警、ⅥA6号开关柜母线仓弧光报警F8.07 1MU第7弧光通道光报警、ⅥA7号开关柜母线仓弧光报警F8.08 1MU第8弧光通道光报警、ⅥA8号开关柜母线仓弧光报警F8.09 1MU第9弧光通道光报警、ⅥA9号开关柜母线仓弧光报警F8.10 1MU第10弧光通道光报警、ⅥA10号开关柜母线仓弧光报警F8.11 1MU第11弧光通道光报警、ⅥA11号开关柜母线仓弧光报警F8.12 1MU第12弧光通道光报警、ⅥA12号开关柜母线仓弧光报警F8.13 1MU第13弧光通道光报警、ⅥA13号开关柜母线仓弧光报警F8.14 1MU第14弧光通道光报警、ⅥA14号开关柜母线仓弧光报警F8.15 1MU第15弧光通道光报警、ⅥA15号开关柜母线仓弧光报警F8.16 1MU第16弧光通道光报警、ⅥA16号开关柜母线仓弧光报警A1.1.0 1ARC第0弧光通道光报警、ⅥA17号开关柜母线仓弧光报警A1.1.1 1ARC第1弧光通道光报警、ⅥA18号开关柜母线仓弧光报警A1.1.2 1ARC第2弧光通道光报警、ⅥA19号开关柜母线仓弧光报警A1.1.3 1ARC第3弧光通道光报警、ⅥA20号开关柜母线仓弧光报警A1.1.4 1ARC第4弧光通道光报警、ⅥA21号开关柜母线仓弧光报警A1.1.5 1ARC第5弧光通道光报警、ⅥA22号开关柜母线仓弧光报警A1.1.6 1ARC第6弧光通道光报警、ⅥA23号开关柜母线仓弧光报警A1.1.7 1ARC第7弧光通道光报警、ⅥA24号开关柜母线仓弧光报警A1.1.8 1ARC第8弧光通道光报警、ⅥA25号开关柜母线仓弧光报警C3.1.0 1CR按TEST按钮后的报警C3.1.1 1CR的A相过流报警、6kV ⅥA段工作电源进线柜A相过流报警C3.1.2 1CR的B相过流报警、6kV ⅥA段工作电源进线柜B相过流报警C3.1.3 1CR的C相过流报警、6kV ⅥA段工作电源进线柜C相过流报警C4.1.0 2CR按TEST按钮后的报警C4.1.1 2CR的A相过流报警、6kV ⅥA段备用电源进线柜A相过流报警C4.1.2 2CR的B相过流报警、6kV ⅥA段备用电源进线柜B相过流报警C4.1.3 2CR的C相过流报警、6kV ⅥA段备用电源进线柜C相过流报警6kV VIA段弧光保护配置图符号名称型号和规格单位数量1MU 电弧光保护主单元 UTUCN-1 MU 台 1 20 inputs1UNIT 电源模块 WRA12SX-U 台 11CR,2CR 电流辅助单元UTUCN-1 CR 台 2 5A1ARC 弧光辅助单元UTUCN-1 ARC 台 11FLS-24FLS 电弧光传感器UTUCN-1 FLS 台 24注1：1MU安装在工作进线PT柜面板上；1CR安装在进线柜内；2CR安装在备用进线内；1ARC安装在17号柜内。
弧光保护装置原理讲课
弧光的光强 可以超过正 常的照明光 强 2000 倍
解决பைடு நூலகம்题的 关键在于尽 快切断电源， 熄灭电弧
电弧光的危害
1.3.1 电弧光的特点
I² t, kA²s
高温度
高强度
Steel fire Copper fire Total breaking time Cable fire with arc protection 7 + (35 .. 80)ms
离子大量增加的现象称为“电离”。空气被电离的同时，温度随
之急剧上升产生电弧，这种放电称为弧光放电
小间隙
+
大电流
弧光放电
电弧光的形成
1.1.2 电弧光短路起火
电弧性短路起火：如将 两电极接触后再拉开建立了 电弧，则维持此 10mm 长的
带电导体之间 如：两导体之间放电或雷电瞬 时过电压引起绝缘击穿
电弧只需 20V 的电压。也就
人为操作错误：走错间隔，误操作，未做好安全措施
系统方面原因：系统增容，接地方式改变，系统谐振过电压等
电弧光的危害
1.3.1 电弧光的特点
空气弧光产生 时候最大的瞬 时功率可以达 40 MW
内部温度可以 升至 10 000 20 000°C 弧光产生时 和结束时的 温度可以达 到 4 500°C
弧光的最大 电压可达 500 - 1 000 V
传统母线弧光保护方式
2.1 传统母线弧光保护方式
变压器后 备过流保 护 馈线过流 保护闭锁 变压器后 备 环流原理 的高阻抗 母线保护
广泛采用 切除母线故障延时
动作时间有所提 升，300~400ms
清除故障时间100ms 受CT安装限制，保护范围 受限，且安装复杂
弧光保护的逻辑判断原理及实际应用分析
弧光保护的逻辑判断原理及实际应用分析作者：何杰来源：《决策探索·收藏天下（中旬刊）》 2020年第2期何杰摘要：近年来我国的继电保护技术不断取得进步，为保证电力系统的安全稳定运行发挥了重要的作用。
文章主要介绍弧光保护的原理，详细分析了弧光保护的逻辑判断原理，并对弧光保护的实际应用情况进行了阐述。
关键词：弧光保护；逻辑判断；原理；继电保护继电保护所包括的内容较多，各种不同的继电保护装置共同保障了电网的安全运行。
其中电弧光保护可弥补母线保护的缺陷，速度快，也可保护柜体。
电弧光保护系统利用弧光和电流双重判据，快速可靠地切除中、低压开关柜母线上及配电设备发生的弧光短路故障，弥补现有开关柜母线保护的空白。
一、弧光保护（一）设置弧光保护的意义继电保护系统中包括的保护类型较多，但大多数的保护装置大致可以分为输入信号、逻辑判断和输出信号等三个环节，不同的保护类型主要在保护动作逻辑判断方面具有一定的差异。
在我国电力系统的母线保护中，如果采用传统的快速母线保护，则智能化的程度较低，同时这种保护类型的动作速度也较慢，在需要快速切除保护装置的场合中不太适合，容易出现设备损坏的情况。
以配电开关柜为例，当配电开关柜出现电弧光时[1]，电弧光的功率较大，可以使得配电开关柜内的温度升高。
配电开关柜内产生的弧光和有毒气体对人体会造成一定的伤害，故有必要设置弧光保护。
（二）发生电弧光的原因分析以开光柜为例，开关柜内发生电弧光的原因较多，大致可以分为以下几种：一是开关柜的绝缘系统出现故障，当绝缘的强度不足时，或者绝缘系统遭到损坏时，则容易导致出现弧光现象；二是触头接触不良；三是开关柜操作人员误操作；四是保护接地方式改变，保护装置配置不当等。
这些原因都可能会导致开关柜内产生弧光的现象。
二、弧光保护的逻辑判断原理保护的动作逻辑是保护装置的核心，在分析弧光保护系统之前，需要先了解弧光保护装置的逻辑判断原理，这在弧光保护装置出现问题时，也能够解决相应的问题。
KLD弧光保护
● 可编程跳闸逻辑
● 持续全面的自检功能
电流单元（KLD-AP-CTE)
● 可适配1A，2A，5A的电流互感器
● 电流整定范围 50In～ 500%In
● 系统正常时显示闪烁的绿灯，检测到过电流 时显示灯变为红色，过电流报警解除后显示 闪烁的红灯
3 TYSEN-KLD电弧光保护系统介绍
弧光单元（KLD-AP-ACU)
3 TYSEN-KLD电弧光保护系统介绍
KLD电弧光保护系统主要性能及特点：
• • • • • • • • • • • • • 完全满足所有电磁兼容（EMC）标准及继电器保护设计标准。 跳闸出口采用快速跳闸技术，输出跳闸信号速度快（1ms )。 采用过流和弧光双判断原理，动作可靠。 采用无源弧光探头，20年免维护，直接光纤连接传输，抗电磁干扰 能力强。 可编程选择跳闸逻辑，根据实际电路进行扩展。 可编程选择信号逻辑，根据实际情况改为跳闸出口。 持续全面的自检功能。 安装便携，使用方便，维护工作量小 。 感光度可按实际情况调整。 可保护276个检测点。 具有故障定位功能，准确显示故障位臵。 配臵灵活，适应性强。对于不同类型接线，可灵活编程，适用于各 种接线的运行方式。 具有断路器失灵保护功能。
展为方向，结合国外先进的智能电网产品设计理念，为客户提供具有前瞻性和最优
性价比的弧光保护装置及完善的保护配置方案。 KLD-AP的中低压母线弧光快速保护系统，将弧光检测和高速过流检测相结合， 利用高速分断输出，使保护动作快速，安全、可靠。弧光发生后，其动作时间最 快可达1ms，其快速动作能力能最大限度的保护人身和设备安全。KLD-AP的中低 压母线弧光快速保护系统针对具体行业特性的不同，提供针对性的解决方案。目前 已广泛应用于国内外发电厂配电系统、大用户厂用及配电系统中。
ADP306电弧光保护装置
ADP-306系列电弧光保护装置概述高压电气设备的各种短路故障和接地故障常伴有电弧光，电弧光产生巨大的压力和温升，会对电气设备与人身安全造成严重伤害。
电弧光故障的影像照片（PS照片）电弧光产生的原因很多，包括误入带电间隔，误操作隔离开关，误带地线合闸，误将检修工具遗漏在设备内，接线错误，设备老化、机械磨损、过电压、小动物（尤其是老鼠）、灰尘及环境腐蚀使绝缘降低等因素。
电弧光的危害性很大，会使电气设备内部温度和压力迅速增加。
弧光中心的温度能达到20,000℃，超过太阳表面温度的3倍，铜排、铝排、电缆着火甚至气化，压力上升导致电气设备爆炸。
弧光冲击波以300m/s的速度爆发，摧毁沿途的其它设备，使事故范围扩大化。
对人身而言，高温会灼伤皮肤、强光会刺伤眼睛、爆破音振会损伤耳膜及肺脏，伤亡非常严重。
电弧光故障的危害程度取决于电弧光电流的大小及持续时间，电弧光产生的能量I2t与故障持续时间t成指数规律快速上升。
越早切除故障，弧光的危害越低。
IEC 62271-200 Ed. 2.0的附录AA指定100ms电弧燃烧时间作为中压开关柜的电弧故障防护标准。
即当开关柜发生内部故障，如果在100ms以内切除故障，开关设备及附近人员的损害较小。
考虑到裕度及开关柜质量的差异，一般认为在75ms内将弧光故障切除即能有效降低故障的危害。
电力系统110kV及以上电压等级的设备都配置有零延时保护，能快速的切除故障；35kV 及以下电压等级的母线通常不配置独立的母差保护装置，借助变压器后备保护装置的过流保护来切除母线故障；由于选择性的要求，该过流保护带有延时，一般0.3s～2s。
较长的延时使得35kV及以下电压等级的母线故障切除滞后、破坏性严重。
35kV及以下电压等级的出线通常配置过流速断，保护装置的动作时间一般在30ms左右。
有些间隙性的弧光故障，初期的电流不大，达不到速断定值，只有在故障发展变严重之后保护装置才能跳闸；由于任由故障发展，丧失了及早切除故障的良机，事故后果更为严重。
中低压母线及馈线电弧光保护解决方案讲解
由于配置模块化，可组成只有一个主控单元的简单弧光保护系统，到包含多个功能单元的复杂弧光保护系统。
系统采用光纤星型连接方式，主控单元和电流单元、主控单元和弧光单元、主控单元和弧光扩展单元、弧光扩展单元和弧光单元之间采用单模通信光缆连接；主控单元和弧光探头、弧光单元和弧光探头之间采用专用光缆连接。
本系统通过主控单元和站内监控系统通信，主控单元可选配2路以太网或2路CAN网，通信规约支持部颁IEC60870-5-103标准，可方便地接入站内综自系统，系统构成示意图如下图所示：DPR360ARC弧光保护系统配置案例一：系统组成：2条电源进线，2台主变，2段母线，单母分段结构，I 母、II母均为5个间隔单元。
配置方案为主控单元模式，系统结构如下：系统配置说明：弧光保护系统配置1台DPR361ARC主控模块，主控模块配置3组电流采集模块，配置14个弧光传感器，其中包括Q2，Q4处各1个传感器，Q5处各2个传感器，Ⅰ母、Ⅱ母间隔单元各5个传感器，配置5路跳闸出口。
Q2处1个传感器，Q5处1个传感器，Ⅰ母间隔单元5个传感器接至装置4X位置弧光扩展插件的1～7号传感器接口。
Q4处1个传感器，Q5处1个传感器，Ⅱ母间隔单元5个传感器接至装置2X位置弧光扩展插件的1～7号传感器接口。
Q2处TA接至装置L1三相电流，Q4处TA接至装置L2三相电流，Q5处TA接至装置L3三相电流。
装置出口1跳Q1，出口2跳Q2，出口3跳Q3，出口4跳Q4，出口5跳Q5，出口6作为失灵启动。
DPR360ARC弧光保护系统配置案例二：系统组成：2条电源进线，2台主变，2段母线，单母分段结构，I 母、II母均为10个间隔单元。
配置方案为扩展单元模式，系统结构如下：保护护配置表：由于配置模块化，系统适合不同规模大小的整体电弧光保护方案, 可组成只有一个主控单元的简单母线保护系统，也可以组成包含多个功能单元的具备选择性保护的复杂电弧光保护系统。
系统采用光纤星型连接方式，主控单元和电流单元、主控单元和电压单元、主控单元和弧光单元、主控单元和弧光扩展单元、弧光单元和弧光扩展单元之间采用单模通信光缆连接。
电弧及灭弧装置通用课件
随着触头间隙的增大，电场强度逐渐增大，当电场强度足 够大时，自由电子在电场中获得足够的能量，撞击气体分 子，使其电离产生新的自由电子和正离子。
电弧的物理特性
01
02
03
高温
电弧温度高达几千度，使 得触头熔化、蒸发，产生 高温烧蚀。
高压
电弧放电产生的高温使得 气体迅速膨胀，形成高压 。
强烈的光辐射
灭弧装置在电力系统中主要用于抑制或消除开关设备产生的电弧，常见的灭弧装置 有金属氧化物避雷器、六氟化硫断路器等。
这些灭弧装置能够有效地抑制电弧的产生和扩散，保护电力系统的安全稳定运行。
灭弧装置在电动机保护中的应用
电动机在运行过程中，如果出 现缺相、过载或短路等故障， 会产生电弧，烧毁电动机。
灭弧装置在电动机保护中主要 用于抑制或消除电动机产生的 电弧，常见的灭弧装置有热继 电器、熔断器等。
真空灭弧装置
磁吹灭弧装置
利用真空环境下的高绝缘性能和低气体分 子量，实现快速灭弧，适用于高压、大电 流的场合。
利用磁场作用将电弧吹向灭弧室，实现快 速灭弧，适用于中高压、大电流的场合。
ห้องสมุดไป่ตู้
灭弧装置的选择依据
电流大小
根据电路中的电流大小选择合 适的灭弧装置，大电流场合应 选择自动灭弧装置或磁吹灭弧
装置。
电弧产生强烈的光辐射， 对人的眼睛和皮肤有伤害 。
电弧的分类
长弧
长弧的长度大于电极直径的数倍 ，电弧电压较高，电流较小。
短弧
短弧的长度小于电极直径的数倍 ，电弧电压较低，电流较大。
02
灭弧装置的重要性
灭弧装置的作用
熄灭电弧
灭弧装置的主要作用是熄 灭电弧，以防止电弧对电 路和设备造成损坏。
海瑞科弧光保护介绍
安徽海瑞科自动化科技
安徽海瑞科自动化科技有限公司 技术部 2017-7-8
海瑞科电弧光保护系统
>
Part1. 弧光小知识
Part2. 弧光保护研发起源
Part3. 海瑞科电弧光保护
Part4. 安装推荐方案
弧光产生
弧光的产生人为原因
误入带电间隔 隔离开关误操作 忘记在工作区接地 忘记测量工作区内的电压
弧光保护系统组成部分
主单元 主单元包含有电流检测和断路器失灵保护，它通过检测短路电流和来自电弧光 传感器的动作信息，并对收集的数据进行处理、判断，在满足跳闸条件时，发 出跳闸命令以切除故障。在进线断路器不能切除故障时，它将启动断路器失灵 保护逻辑，发出跳闸命令给上级断路器来切除故障。此外，主单元根据辅助单 元传送来的弧光传感器动作信息和温度传感器测量的温度，提供弧光故障点的 定位和温度报警信息。
弧光的产生技术原因
设备故障和带电设备的误操作 设备正常检修后 ，遗漏工具在开关设备内 错误的接线和母线连接 绝缘老化和机械磨损、过电压 小动物（尤其是老鼠）、灰尘、温度、湿度、腐蚀、等环境因素。
容性接地电流扩大
开关柜在运行中发生的大量电弧光故障事故，多是由于环境条件的影响，使绝 缘材料受潮，设备绝缘表面产生凝露和附着污秽，因而设备绝缘水平下降造成 事故。
电弧光传感器 专用于母线保护的弧光传感器安装在开关柜的母线室内，它作为光感应元件， 将检测在发生弧光故障中突然增加的光强，并将光信号转换成电流信号传送给 辅助单元。
电弧光保护的特点
原理简单：通过检测电弧光，结合过流闭锁， 结构简单；配置灵括、适应性强： 动作迅速可靠：通过检测电弧光信号，整套母线的保护动作时间可达4～7ms 故障点定位：控制部分可显示弧光发生点位置，方便快速处理故障、恢复供电。 断路器失灵保护：在主断路器拒动时发出跳闸指令跳上一级断路器，提高保护 系统的安全性。 总结
弧光保护ppt
成果背景
电弧光的危害
● 电弧光中心温度相当于太阳表面温度的2倍， 约为20000℃，由于过热将导致铜排、铝排熔毁气 化 ● 电缆熔毁，电缆护套着火， 过热导致压力上升 ，使开关设备爆炸 ● 使上一级变压器承受近距离短路故障冲击，故
障电流产生的电动力可能导致变压器绕组变形发 生匝间短路 ● 故障产生的弧光冲击波以300m/s的速度爆发， 可摧毁途中的任何物质，若波及站内直流系统造 成全站直流失电，将造成无法弥补的重大损失
成果背景
开关内电弧光产生的人为原因 1、误入带电间隔 2、隔离开光误操作 3、带接地线合闸 4、忘记测量工作区内的电压等
设备故障 率的降低
开关设备内电弧光产生的技术原因 1、 设备故障和带电设备的误操作 2、设备正常检修后，遗漏工具在开 关设备内 3、错误的接线和母线连接 4、绝缘老化、机械磨损、过电压、 小动物（尤其是老鼠）、灰尘、温 度、湿度及腐蚀等环境因素
主要做法
#6301进线开关和#6310备用进线开关共用一套保护装置， 装置采用220V直流电供电，由#6301进线开关内弧光保护空开供 电。备用进线开关#6310采集的CT电流回路接入进线开光#6301 的弧光保护装置中，标识为线路电流L1。进线开关#6301电流回 路标识为线路电流L2。保护装置中使用了四组保护出口，一组出 口为备用进线开关#6310跳闸，一组为进线开关#6301跳闸，一 组为闭锁3A段快切，一组为启动公用段快切。
成果背景
成果背景
减少或降低电弧光对于人体的伤害；
减少或降低电弧光短路故障对于设备的损 害；
避免变压器因近距离母线故障造成动稳定 破坏，延长变压器的使用寿命；
缩短电弧光故障切除时间，避免波及站内 直流系统造成重大损失；
整流机组弧光保护
整流电弧光保护在铝电解行业中，近年来随着整流柜容量的不断加大，整流柜发生的电气事故呈上升趋势。
根据中国有色金属协会的统计，仅2005年我国铝电解供电系统发生运行事故超过10起，造成直接经济损失累计达到3000万元，间接损失超过3亿元，这其中绝大部分事故都发生在整流柜中。
为了减少事故损失，就必须快速切除故障部位，而传统的基于电气量原理的保护无法实现这一点。
电弧光保护的出现为解决这一问题提供了很好的方案。
电弧光保护采用故障发生时产生的弧光作为保护判据，动作时间能够控制在5－7ms，因此能够在发生弧光故障整流柜内压力和温度急剧增加以前就可以切除供给的短路电流，使故障造成的损失控制在单个整流臂内，从而大大减少事故损失并十分有利于事故后的恢复。
2 电弧光保护装置介绍QGP321 快速母线保护采用模块化设计结构。
共由如下系列模块组成一个完整的快速母线保护系统：主单元主单元是QGP321快速母线保护系统的管理单元，其功能包括：* 弧光探测信号的自动采集、弧光动作信号的定位和逻辑设置管理。
主单元共设有4个辅助单元接口，每个辅助单元接口都可以串行连接至多8个QGP8L或QGP16L辅助单元。
而这4个辅助单元接口就自然形成4个保护段，每个保护段的保护逻辑都可以进行单独设置。
* 对所有关联弧光传感器的持续监视。
* 跳闸出口的启动和保护跳闸启动方案的选择。
主单元共设有8个跳闸出口，各跳闸出口的输出逻辑可根据需要进行配置。
* 电流的测量。
QGP640主单元可以同时对两条进线（每条进线三相电流或两项电流+零序）进行持续的电流检测，配合弧光检测进行跳闸判断。
* 故障信息的管理。
辅助单元辅助单元有两种：QGP8L和QGP16L，分别可以连接8个弧光传感器和16个弧光传感器，用户可以根据需要进行选择。
辅助单元用于连接快速母线保护主单元和弧光传感器，每一个连接的传感器，都可给出一个独立的地址信息，用于弧光保护系统的逻辑设置、监视所连接的弧光传感器的状态、装置故障定位等。
弧光保护介绍
弧光巨大破坏性
弧光都在毫秒时间级别发生消失. 释放的能量却很惊人 ~ I²x t.
I²t, kA²s
Total breaking time with arc protection 7 + (35 .. 80)ms
Steel fire Copper fire
Cable fire
• 硬件设计总是非常容易 添加集成的选项模块，
VAMP221装置结构
点传感器I/O单元
VAM I/O单元选型表
典型应用 – 中压系统
典型应用 – 低压系统
施耐德电气电力保护产品
Part1. 弧光小知识 Part2. 弧光保护研发起源 Part3. 施耐德电气产品
> Part4. 安装推荐方案
弧光保护系统组成部分
主单元
主单元包含有电流检测和断路器失灵保护， 它通过检测短路电流和来自电弧光传感器的 动作信息，并对收集的数据进行处理、判断， 在满足跳闸条件时，发出跳闸命令以切除故 障。在进线断路器不能切除故障时，它将启 动断路器失灵保护逻辑，发出跳闸命令给上 级断路器来切除故障。此外，主单元根据辅 助单元传送来的弧光传感器动作信息和温度 传感器测量的温度，提供弧光故障点的定位 和温度报警信息。
典型安装
L or Z type mounting plate
典型安装 – 柜内
典型安装 – 柜外
典型安装 – 低压母排
典型安装 – 小室
特殊安装 – 人身！！！
增强人身安全 即插即用 无需设定
VA1DP-5
施耐德电气弧光保护家族
VAMP 系列综合保护装置特点
• 人机界面： – 单线图大液晶显示，可任意编辑人机界面 内容 – 支持多语言显示，包括中文
弧光保护介绍(BWFB)
电网故障分类
• 单相对地短路 - 80 % of cases
Ph1
Ph2
Ph3
Earth
• 相间短路
Ph1 Ph2 Ph3
Earth
• 三相短路 - 5 % of cases
Ph1
Ph2
Ph3
Earth
• 两相对地短路
Ph1 Ph2 Ph3
Earth
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弧光小知识
弧光产生的技术原因
设备故障、元器件损坏 设备绝缘老化或机械磨损 雷电感应等原因导致设备过电压
变压器进出线中绝缘套管发生闪络
小动物（尤其是老鼠）、灰尘、温度、湿度、腐蚀、等环境因素。 容性接地电流扩大
开关柜在运行中发生的大量电弧光故障事故，多是由于环境条件的影响，使绝缘材料受潮， 设备绝缘表面产生凝露和附着污秽，因而设备绝缘水平下降造成事故。
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电弧光保护的特点
原理简单：通过检测电弧光，结合过流闭锁，
结构简单；配置灵活、适应性强： 动作迅速可靠：通过检测电弧光信号，整套母线的保护动作时间可达5～7ms 故障点定位：控制部分可显示弧光发生点位置，方便快速处理故障、恢复供电。 断路器失灵保护：在主断路器拒动时发出跳闸指令跳上一级断路器，提高保护系统
第六页，共39页。
电弧光故障实例
案例一 2003年7月21日，北京北土城站10kV5号母线发生单相接地，在查找故障线路的操作过程中，把5号母线 单相接地故障接到了3号母线上，引起211开关爆炸，并造成一台进口全密封110kV、31.5MVA主变压
器因出口短路而损坏。
案例二
2006年4月，广东某供电局在一变电站进行检修对某10kV出线进行切换操作时，由于违章操作和开关柜内联
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主单元通过检测短路电 流和来自电弧光传感器的 动作信息，并对收集的数 据进行处理、判断，在满 足跳闸条件时，发出跳闸 命令以切除故障。此外， 主单元根据辅助单元传送 来的弧光传感器动作信息， 提供弧光故障点的定位。
辅助单元
当系统发生弧光故障时， 辅助单元收集来自电弧光 传感器的动作信息并传送 给主单元，在主单元上显 示弧光传感器的地址编号， 有利于及时准确故障定位 开关柜，为检修提供信息
母线弧光保护的安装
3.1.1 主单元的安装
主单元安装位置：主单元弧光保护主单元安装在
U6A段工作电源进线PT 26001开关柜内，新增一个
空气开关，开关名称弧光保护，编号ZD，开关电
源取自直流110V母排。
母线弧光保护的安装
3.1.1 主单元的安装
母线弧光保护的安装
3.1.2 电流辅助单元的安装
电流辅助单元的安装：弧光保护辅助单元安装在 U6A段备用电源进线开关26007柜内，辅助单元通 过与主单元连接的网线取电。
母线弧光保护的安装
3.1.2 电流辅助单元的安装
“互传功能”
母线弧光保护的安装
3.1.3 通讯辅助单元的安装
U6A段共有3台通讯单元，分别装在26015、26031、 26043开关柜内，通讯单元通过与主单元连接的网 线取电，通讯单元采集弧光探头信息，通过网线将 信息传输给主单元及辅助单元。
弧光的光强 可以超过正 常的照明光 强 2000 倍
解决问题的 关键在于尽 快切断电源， 熄灭电弧
电弧光的危害
1.3.1 电弧光的特点
I² t, kA²s
高温度
高强度
Steel fire Copper fire Total breaking time Cable fire with arc protection 7 + (35 .. 80)ms
本章小结
原理 简单 结构 简单
结论：
电弧光保护改进了传统母 线保护的概念，提高故障处理 速度，可以有效解决短路故障 弧光所造成的危害，减少设备
动作 迅速
故障 定位
维护及人员伤亡，提高电力系
统的安全及经济效益。
母线弧光保护装置的应用 第一章 安全生产方针的由来和发展
1 3
3.1 母线弧光保护的安装 1.1 安全生产方针的由来 3.2 母线弧光保护的检验 1.2 安全生产方针的发展历程
弧光探头
专用于母线保护的弧 光传感器安装在开关柜的 母线室内，它作为光感应 元件，将检测在发生弧光 故障中突然增加的光强， 并将光信号转换成电流信 号传送给辅助单元。
新型母线弧光保护装置原理
2.2 新型母线弧光保护装置原理
章节练习
填空题
新型母线弧光保护装置的主要组成部分包 主单元 、______________ 辅助单元 、 括____________ 弧光探头 。 _____________
更快！更灵敏！
新型母线弧光保护装置原理
2.2 新型母线弧光保护装置原理
弧光保护动作逻辑图 电弧光保护主要动作依据为故障 产生的两个不同因素：弧光及电流
增量。当同时检测到弧光和电流增量
时发出跳闸命令。电弧光保护由三部
分组成：电弧光保护主单元、电弧光 保护辅助单元和弧光传感器。
新型母线弧光保护装置原理
高能量
200 400 ms
0
100
高破坏
开关电弧燃烧产生的能力与短路时间的关系
电弧光的危害
1.3.2 电弧光的危害
对人体的危害 弧光的光强很容易使人的眼睛刺伤； 对设备的危害 开关柜的弧光短路故障，往往由于没有 得到及时清除，发展为中压母线故障， 其危害是非常严重的，象造成发电厂厂 用电瓦解、重要用户停电，更严重的导 致多组开关柜同时烧毁的“火烧连营”事
培训对象
继电保护工
用和原理
电弧光的基本原理 第一章 安全生产方针的由来和发展
1 1
1.1 电弧光的形成 1.1 安全生产方针的由来 1.2 电弧光的产生因素 1.2 安全生产方针的发展历程 1.3 电弧光的危害
电弧光的形成
1.1.1 弧光放电
当两电极间电压升高时，在电极最近处空气中的正负离子被电场 加速，在移动的过程中与其它空气分子碰撞产生新的离子，这种
6KV母线弧光保护装置简介
讲课人：徐 东
导 入
导 入
是什么对设备
造成了如此严重
的破坏？
电弧光！
一Leabharlann 电弧光的基本原理新型母线弧光保护装置介绍 母线弧光保护装置的应用
目录 content
二 三
课程目标
技能目标 通过学习本课程能够独立完成 6KV母线弧光保护装置的检验方 法和故障处理 知识目标 能够了解电弧光的产生原因 能够掌握6KV母线弧光保护的作
离子大量增加的现象称为“电离”。空气被电离的同时，温度随
之急剧上升产生电弧，这种放电称为弧光放电
小间隙
+
大电流
弧光放电
电弧光的形成
1.1.2 电弧光短路起火
电弧性短路起火：如将 两电极接触后再拉开建立了 电弧，则维持此 10mm 长的
带电导体之间 如：两导体之间放电或雷电瞬 时过电压引起绝缘击穿
电弧只需 20V 的电压。也就
人为操作错误：走错间隔，误操作，未做好安全措施
系统方面原因：系统增容，接地方式改变，系统谐振过电压等
电弧光的危害
1.3.1 电弧光的特点
空气弧光产生 时候最大的瞬 时功率可以达 40 MW
内部温度可以 升至 10 000 20 000°C 弧光产生时 和结束时的 温度可以达 到 4 500°C
弧光的最大 电压可达 500 - 1 000 V
传统母线弧光保护方式
2.1 传统母线弧光保护方式
从实际应用情况来看，现有的保护方案是显然不能满足快速切除母
线故障或保护要求覆盖的范围，迫切需要采用一种新型中压母线保护系 统，以解决当前实际运行中由于中低压母线发生故障几率较高、延迟切 除故障导致故障发展、扩大，从而造成巨大经济损失的问题。因此，新 型的电弧光保护应运而生。
母线弧光保护的安装
3.1.4 弧光探头的安装
U6A段每一台6kV开关都安装有弧光探头，弧光 探头安装位置在6kV开关母排室。弧光探头采集 光信息，并将光信息送至通讯单元。
母线弧光保护的检验
3.2.1 装置、二次接线检查及报警试验
经外观检查，弧光保护装置无损伤，与主单元通讯正常； 装置接线可靠，端子接线紧固，网络口接线可靠； 经二次回路确认，模拟量及开关量信号均按要求接入弧光 保护装置； 对二次回路进行绝缘检查无异常，包括模拟量回路，直流 电源回路，报警回路等。
电弧爆炸造成的烧伤是最严重的伤害；
电爆时产生的巨响对听觉的伤害和爆 炸弹力对人体的伤害热能和火焰是可 以致命的伤害； 电弧周围的空气在弧光强烈辐射作用 下，还会产生臭氧、氮氧化物等有毒 气体伤害呼吸系统。
故等等，而近年来由于母线故障巨大的
短路电流冲击造成主变损坏也不少见， 这些事故均造成重大的经济损失。
1 2
2.1 传统母线弧光保护方式 1.1 安全生产方针的由来 2.2 新型母线弧光保护装置原理 1.2 安全生产方针的发展历程
传统母线弧光保护方式
2.1 传统母线弧光保护方式
IEC298 标准附录 AA 中规定开关柜内 部燃弧时间是 100 ms，开关柜可以承受 电弧燃烧时间为 100 ms。由于发生弧光 故障在断路器动作前，故障短路电弧是 一直在燃烧，即保护动作时间加上断路 器分闸时间之和，即为电弧燃烧的持续 时间。从保护开关柜方面考虑，保护动 作时间应在小于 100 ms 切除故障以防止 弧光短路进一步发展扩大造成更大的危 害和毁坏设备。 国际 GB1094.5－2003 规定的 110 kV 及以 上电压等级变压器的热稳定允许时间为 2 s，动稳定时间为 0.25 s。但实际上，在 低压侧出口短路故障靠过流后备保护切 除的动作时间往往在 2 s 以上，离 0.25 s 的变压器的动稳定时间相差甚远。在近 区低压侧出口（低压母线）短路，短路 故障引起变压器损坏的保护动作时间太 长，远大于变压器允许承受的短路电流 持续时间。
否 否
主单元不动作，I>Int灯不亮
主单元不动作，I>Int灯亮， 主单元不动作，I>Int灯不亮
母线弧光保护的检验
3.2.2 电流辅助单元试验
辅助单元动作定值为1.0A， 用继电保护测试仪在备用电 源进线开关柜端子排X1:6、 X1:7、X1:8、X1:9上通入电 流，观察L1、L2、L3灯情况。 电流加量 A相：1.05A B相：1.05A C相：1.05A A相：0.95A B相：0.95A C相：0.95A 动作情况 辅助单元动作，L1灯亮 辅助单元动作，L2灯亮 辅助单元动作，L3灯亮 辅助单元不动作，L1灯不亮 辅助单元不动作，L2灯不亮 辅助单元不动作，L3灯不亮
是说只要先接触，之后又分 开，很可能产生局部温度很 高的电弧而成为起火源。
接地故障
接地故障引起电弧短路起火故 障率较高
爬电
出现在设备绝缘表面上的电弧， 如电源插头表面
电弧光的产生因素
1.2 电弧光的产生因素
绝缘故障：绝缘材料爬距不足，恶劣条件下发生绝缘故障 载流回路不良：接头洁面不够，接触不良，大电流时引发过热 外来物体进入：外来小动物进入或检修工器具遗留
切除中低压柜内母线故障，限制弧光短路对人身和设备的危害，大大减少了
设备维修费用和恢复时间，具有明显的经济效益。
母线弧光保护的检验
3.2.3 开关传动及互传功能试验
主单元电流 加入1.2A 加入1.2A 辅助电源电流 不加电流 不加电流
不加电流
不加电流
加入1.2A