新型电弧光保护与传统保护的应用及比较 (1)
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冶金动力METALLURGICAL POWER 2013年第4期总第158期
新型电弧光保护与传统保护的应用及比较
潘村
(合肥天海电气技术有限公司,安徽合肥230001)
【摘要】简要介绍了电弧光保护的基本原理和构成,分析了在现阶段采用弧光保护及弧光保护的重要性,并与传统保护进行了比较,指出了它们之间的差异和作用。
【关键词】电弧光;传统;保护;差异;作用
【中图分类号】TM77【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2013)04-0018-04
Application and Comparison of New Arclight Protection and Conventional
Production
PANCun
(Hefei Tianhai Electrical Technology Co.,Ltd.,Hefei,Anhui230001,China)
【Abstract】Thebasicprincipleandstructureofarclightprotectionareintroducedbriefly.Theimportanceofusingarclightprotectionatthepresentstageisanalyzed.Thearclightpro-
tectioniscomparedwiththeconventionalprotection.Thedifferencesandfunctionsbetweenthe
twokindsofprotectionarepointedout.
【Key words】arclight;tradition;protection;difference;function
1简述
随着现代电网结构的日趋复杂、系统容量不断增大,以及智能电网的普及和要求,对继电保护的要求越来越高。为保障电力系统的安全可靠运行,一种新型的保护——
—弧光保护走上“岗位”,成为电力系统继电保护技术中重要的一环。弧光保护是20世纪90年代初国外开始研究。而国内的开发起步相对较晚,早期的产品均来自于国外并成功地运用于国内。近几年,随着国内技术的发展和成熟,已成功开发研制出智能电弧光保护产品并运用到生产实践之中,取得了良好的经济效益和成功经验。
我国于2004年开始使用进口弧光保护,到目前为止,约70%~80%新建电厂均采用了弧光保护。在企业配用电系统,也大量使用了弧光保护。近期,一些省、市电力公司已下发专题文件,指出弧光保护的重要性,并强调必须安装之。可见,弧光保护的重要性已被人们逐渐认识和了解。不久的将来,弧光保护将与传统常规保护并驾齐驱,在保障电力系统的安全和可靠性方面,发挥越来越重要的作用。
2弧光保护的用途及保护范围
2.1保护范围
首先,弧光保护是向大容量电气设备提供设备在出现击穿放电和发生弧光放电故障时的保护装置,它具有多角度、多位置、大范围的监控功能和弧光闪络点定位功能。当用于不同的设备和不同的场所,其基本定位是保护设备发生弧光短路故障时弧光对设备和人员造成的伤害。它通过采集故障时弧光的信息量和布置在开关柜内的探头物理位置并结合故障电流的增长,对设备提供保护和决定保护的范围,因此其覆盖的保护范围是在开关柜内,且不受限制可延伸到电缆室内。
2.2用途
简言之,只要当电气设备有弧光出现,都可采用弧光保护。目前弧光保护主要用于中压(6~35kV)母线系统和开关柜内作为母线或馈线的主保护,其功能和作用完全等同并优于现有各种原理的母差保护,可保护整段母线。当用于馈线柜保护时,可与过流保护配合作为开关柜的主保护,区别在于所采用的判据不同,但功能相似,且更为灵敏。
对于当前大量采用的铠装金属封闭高压开关柜和抽屉式低压开关柜,由于元器件紧凑、空间狭小、爬电距离不够、运行条件恶劣、容易受到灰尘的污染而更易引起弧光放电,可选用弧光保护并结合传统保护提高可靠性。而且投资省、接线简单、维护方便,
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效果显著。
同理,箱式变电站内空间狭小,各类电气元器件布置比较紧凑,也容易发生弧光短路事故,可以在箱式变电站内安装弧光保护系统,进一步提高箱式变电站的整体安全性。
作为最快速度的专用母线和开关柜内部弧光故障的保护,它不仅能很好地运用于新装开关柜也能方便地加装到已运行的开关柜上。其目的是在发生故障时的第一时间内以最快速度切除弧光故障,使人身伤亡及设备损害降到最低。
因此,弧光保护系统可应用于400V~35kV系统中的中低压开关柜及母线,在冶金系统由于污染重、粉尘大,配用电设备更易受到侵害,弧光保护更显得重要,也能起到最佳的保护效果和发挥最大经济效益。
弧光保护的出口可用于直接跳闸,也可用于单独发出报警信号,二者独立。可根据现场运行情况和工况自行设定的和选择。
3采用弧光保护的原因
现阶段采用光保护主要基于以下几方面考虑。3.1国内设计和典型做法
在我国,变电所6~10kV母线一般不配置专用的快速母线保护是目前国内的典型做法,这是符合国标《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB50062-92)及现行的电力行业规程规范要求的。这一设计规范导致了目前中压开关柜没有专用母线保护,即专用的母线保护是“可用可不用”的局面。因此,长期以来人们对中压母线保护一直不够重视。但是事故的发生和严重教训已引起电力部门及企业电气部门的广泛关注,在技术上寻求新的继电保护方案也是广大继电保护工作者的目标之一。虽然,目前国内外的中压开关柜制造技术进步很快,母线发生故障的机率很小,但是由于中压系统出线多、操作频繁、容易受小动物危害、设备绝缘老化、机械磨损和环境因素等原因,故障仍时有发生。严重威胁到系统的安全和企业的生产效益,是不容忽视的问题。
3.2开关柜内部燃弧耐受时间及变压器动稳定时间指标
3.2.1开关柜内部燃弧耐受时间
IEC298标准附录AA中规定开关柜内部燃弧时间是100ms,目前市场上销售的开关柜基本上是按照IEC298标准生产的,也就是说,开关柜可以承受电弧燃烧时间为100ms。
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。换句话说,
从保护开关柜方面考虑,保护动作时间应在小于100ms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。而目前现有的传统保护是难以做到的。
顺便指出,由于开关柜为刚性连接,结构紧凑,
空间有限,发生故障,若切除超时,事故会扩大,将使得任何方式的清理和恢复工作趋于复杂、耗时、费力。最为重要的是整段母线的停役,带来的经济损失将是无法估量的,而设备的绝缘完全恢复到原来的水平几乎也是不可能的。任何开关柜内部燃弧时间超过100ms,都将超出开关柜本身的设计承受极限,带来的后果将是毁灭性的。3.2.2变压器的动稳定时间
国际GB1094.5-2003规定的110kV及以上电压等级变压器的热稳定允许时间为2s,动稳定时间为0.25s。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2s以上,离0.25s的变压器的动稳定时间相差甚远。所以,可以说,继电保护的不完善性也是造成变压器损坏的重要原因之一。
所以,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。显然不能满足保护变压器的要求,迫切需要改善变压器保护,使其保护动作满足小于变压器允许动稳定时间0.25ms的要求。
3.2.3开关柜弧光短路故障的防护措施
(1)消极性防护措施。采用这种措施的目的是限制故障电弧产生的各种效应,如加强开关柜的结构,密封隔离各单元室、设置释放板和泄压通道等。采用这种措施在一定程度上能减少损坏程度;另一方面,如果要采用加强结构的方式来提高开关柜的燃弧耐受时间的话,刚需要增加设备费用。以下为国外对增加开关柜内部燃弧耐受时间和相应增加成本进行评估的结果:
开关柜提供的电弧耐受时间开关柜增加的成本费用
200ms10%1m
100%
(2)积极性防护措施。采用高速专用的中压母线保护切除故障以限制故障电弧的持续时间,从根本
上限制故障电弧,消除其各种效应对设备和人员的伤害为积极性措施。如果中压母线保护能在开关柜
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