VAMP321电弧光保护系统概述及应用

VAMP321电弧光保护系统概述及应用

1. 概述在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题，一

般未装设母线保护。然而，由于中低压母线上的出线多，操作频繁，三相导体线间距离与大地的距离比较近，容易受小动物危害，设备制造质量比高压设备差，设备绝缘老化和机械磨损，运行条件恶劣，系统运行条件改变，人为和操作错误等原因，中低压母线的故障几率比高压、超高压母线高得多。但长期以来，人们对中低压母线的保护一直不够重视，大多采用带有较大延时的后备保护来切除母线上的故障，往往使故障被发展、扩大，从而造成巨大的经济损失。

近年来，由于各种原因开关设备被严重烧毁，有的甚至发展成“火烧连营”的事故时有发生。而主变压器由于遭受外部短路电流冲击损坏的事故也逐年增加，这些配网事故处理不当甚至被扩大发展为输电网事故，造成重大的经济损失，已引起电力部门的广泛关注。究其原因大多是因为没有装设中低压母线保护，未能快速切除故障造成的。所以，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置专用中低压母线保护。

本文首先介绍开关柜弧光短路故障以及变压器动稳定时间对中低压母线保

护动作时间的要求；其次介绍开关柜弧光短路故障的防护措施及现有的中低压母线保护方案；最后介绍一新型的电弧光中低压母线保护系统。

2. 开关柜内部燃弧耐受时间及变压器动稳定时间指标 2.1 开关柜内部电燃弧

耐受时间

IEC298标准附录AA中规定的内部燃弧时间是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，开关柜可以承受的电弧燃烧时间为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的，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。也就是说，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故障进一步发展扩大造成更大的危害。

上表为国外对各种燃弧持续时间下进行试验得出的对设备造成的损害程度。图1为各种燃弧时间下产生的电弧能量及对开关柜材料的损坏程度。图1.电弧能量

与燃烧时间及破坏作用

2.2 变压器的动稳定时间据有关资料统计，一些地区110kV及以上等级的变压器遭受短路故障电流冲击直接导致损坏的事故，约占全部事故的50%以上，与前几年统计相比呈大幅度上升的趋势。这类故障的案例很多，特别是变压器低压侧出口（低压母线）短路时形成的故障一般需要更换绕组，严重时可能要更换全部绕组，从而造成十分严重的后果和损失。

国标规定的110kV及以上电压等级的变压器的热稳定允许时间为2秒，动稳定时间为0.25秒。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秒以上，离0.25秒的变压器的动稳定时间相差甚远。所以，可以说，继电保护的不完善也是造成变压器损坏的重要原因。

目前针对近区（低压母线）短路故障引起变压器损坏的保护的动作时间太长，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0.25

秒的要求。

3. 开关柜弧光短路故障的防护措施

3.1 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，如果要采用通过加强结构的方式来较大地提高开关柜的燃弧耐受时间的话，则需要增加很大的设备费用。下表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。

3.2 积极性防护措施

采用高速专用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危害。如果中低压母线保护能在开关柜耐受燃弧时间以内切除故障的话，将最大限度地限制弧光故障对开关设备的损坏; 从另一方面看，限制开关设备的损坏，即阻断了故障发展的可能性，从而可避免主变压器长时间遭受短路电流的冲击而损坏。这也是目前迫切需要的最有效的限制弧光短路故障损坏开关设备及变压器的防护措施。

4. 现有的中压母线保护方案及存在的问题

从以上讨论的保护开关设备目前普遍采用的中压母线保护方案如下:

4.1变压器后备过流保护方案:

这是目前国内应用最广泛的中压母线保护方案。由于考虑到与馈线和母线分段开关的配合，保护跳闸时间一般整定为1.0 - 1.4秒，有的甚至更长，达2.0秒以上。这一动作速度很显然是远远不能满足快速切除中压母线故障要求的。4.2馈线过流保护闭锁变压器过流保护方案:

这是近年来微机过流保护在中压馈线广泛应用，国外提出的利用馈线过流元件闭锁变压器过流保护的应用较为广泛的过流闭锁式保护方案。这一方案与变压器后备过流保护方案相比其动作速度有了一定的提高，典型动作时间为300 - 400ms。但对于要求100ms以内切除故障显然也是不能满足要求。

4.3采用环流原理的高阻抗母线保护方案:

这是国外某些重要项目曾采用的专用电流差动中压母线保护方案，典型的保护动作时间为35-60ms。考虑到断路器的分闸时间，这一动作速度对要求100ms 以内切除故障来说也嫌慢。采用这种方案的接线复杂，对CT的要求高，安装在有很多出线的6-35kV母线上有很多困难，也很不经济。此外，由于其保护范围由于受到CT安装位置的限制，不能保护到发生故障几率较高的电缆室电缆接头处的故障。因此也不适合中压母线保护应用。

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覆盖范围要求的，迫切需要采用一种新型中压母线保护系统，以解决目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，从而造成的巨大的经济损失的问题。

5. 新型电弧光母线保护系统及应用情况

5.1 系统组成