摘要：介紹了快速電弧光保護系統和電弧光保護的工作原理和系統結構，并討論了安裝在110kV變電站的10kV母線電弧光保護系統的現場工程應用。

關鍵詞:中低壓；母線故障；母線保護；電弧光保護；

0前言

目前，除220kV及以上電壓等級變電站低壓側母線外，110kV及以下電壓等級變電站35kV及以下電壓等級母線未安裝母線保護。由于各種原因，中低壓母線故障的概率相當，但長期以來，一旦母線出現故障，中低壓母線故障只能通過較長的延遲后備保護來切除，母線故障不能快速切除。因此，由于中低壓母線故障持續時間過長，故障往往會擴大，開關柜內的母排等設備會燒毀甚至B炸，危及相鄰設備和人員。統計數據顯示，主變外斷路器故障產生的電力容易變形損壞主變繞組，造成巨大的經濟損失，嚴重威脅電力系統的穩定運行。為了保護變壓器和母線設備的穩定運行，減少母線故障時設備的損壞，電力系統迫切需要一個經濟可靠的中低壓母線保護解決方案。電弧光保護系統是眾多替代方案中的理想解決方案。

電弧光保護工作原理

當母線設備發生故障時，會產生大電流，產生達數萬勒克斯的弧光。電弧光保護根據故障時產生的弧光和大電流實現保護功能。電弧光保護通過電弧探/頭或電弧光傳感器檢測電弧光，并通過過過流元件檢測電流。當檢測到電弧光信號和過流元件運動時，保護動作并發出跳閘命令，切斷母線電源進線和母線上的母聯斷路器，隔離故障點，發出保護動作信號，定位故障點。原理見圖1。

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2電弧光保護系統的組成

弧光保護系統由單元、擴展單元、弧光傳感器和弧光探/頭通過光纖或網線連接而成。一套電弧光保護系統保護一段母線，每套電弧光保護系統由一個單元、多個擴展單元和多個電弧光探/頭組成。兩段母線的電弧光保護系統通過光纖連接各自的單元進行通信，相互傳遞光信號、過流信號和跳閘信號。單元通過網線與擴展單元連接，單元通過網線向擴展單元提供工作電源，并接收擴展單元的信號。擴展單元通過光纖與安裝在各斷路器間隔內的弧光探/頭連接。通過網線鏈接在同一段母線上的多個擴展單元之間，實現工作電源的通信和獲取。

2．1單元

該單元是電弧光保護系統的核心元件，主要實現保護和通信功能，主要由電流監測元件和光信號檢測元件組成。當電流大于過流定值時，過流元件的瞬時動作可以選擇使用三相過流判斷或兩相過流判斷和零序過流判斷來實現過流保護。光信號檢測元件檢測擴展單元上傳的電弧光動作信號，確定為電弧光。

2．2擴展單元

擴展單元主要用于增加弧光探/頭的接口數量。其內部光檢測元件將弧光探/頭捕獲的光放大后與預選參考電平進行比較。如果光電平超過預設參考電平，則確定為弧光，然后向單元發出弧光動作信號。擴展單元通過光纖連接到弧光探/頭，以確保弧光強度在傳輸過程中的衰減。

3應用實例

一套電弧光保護系統安裝在110kV變電站10kV兩段母線上，兩段10kV母線通過母線斷路器連接。10kV電氣主線及安裝的兩套電弧光保護系統結構見圖3。

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3．1.保護收集判據

為了實現電弧光保護系統的功能，過流元件采集主變10kV側電流，電流繞組與主變10kV側后備保護中使用的電流繞組為同一組；電弧光信號由擴展單元提供給單元，擴展單元通過光纖采集安裝在空氣絕緣裝甲開關柜內的每個斷路器間隔母線室內的電弧光探/頭。

3．電弧光保護系統定值設置設置

1)整理保護動作條件，只要光信號不需要過流信號或同時需要光信號和過流信號，就可以選擇保護動作條件。由于電弧光保護系統的動作會導致母線斷電，為了防止保護誤動，保護動作條件設置為需要光信號和過流信號。

2)根據制造商的建議，選擇光參考電平和光補償方法作為自動背景光補償。

3)整理過流定值，過流可選擇相電流或零序電流作為過流定值。考慮到對各種故障的適應性，選擇相電流，過流定值參照主變后備保護過流Ⅰ整定段定值。

4)整理光纖通道，設置每個光纖接口的工作模式(輸入或輸出)和接收或發送信號的類型(光信號和過流信號跳閘信號)。圖3為例。為了保證一個主變退出運行，當另一個主變通過母聯向兩個母線供電時，兩個單元中的一個檢測到過流，保護可以正確移動。信號類型應設置為過流信號。

3．33電弧光保護系統動作邏輯

1)當檢測到弧光信號并滿足過流條件時，保護動作通過兩個速跳閘出口跳過母線進線斷路器和母線母線斷路器。

2)電弧光保護動作應鎖定10kV備用電源自投裝置，防止10kV母線在兩段母線獨LI運行時出現故障。電弧光保護動作切除主變10kV側斷路器后，10kV備用自投裝置動作將10kV母線聯合閘在10kV故障母線上。(要求電弧光保護系統提供至少兩個速跳閘出口用于跳閘斷路器，以及兩個常規繼電器接點用于發信和閉鎖備自投。

)

3．4電弧光保護系統的調試

根據現場保護的設計要求，在安裝調試過程中進行以下調試：

1)用強光源照射各斷路器柜的弧光探/頭，

檢查弧光傳感器的動作情況，記下弧光探/頭對應的信號燈號，用斷路器號標記相應的信號燈，便于以后的故障定位。

2)檢查動作邏輯是否符合要求，一種是光信號而不是過流信號，另一種是光信號和過流信的保護。

3)檢查過流元件的動作值、返回值和返回系數是否符合規定要求。

4)檢查上傳的信號是否正確。

5)帶斷路器進行傳動試驗，保護動作邏輯正確，斷路器動作行為正確，動作率正確100，自投10kV正確鎖定，保護動作時間不大于3ms。因此，電弧光保護比其他中低壓母線保護具有巨大的優勢，見表1。設備損壞見表2。

4安科瑞ARB5-M弧光保護產品選型說明

ARB5-弧光主控單元

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。

（4）如有特殊要求，請特別注明。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產品功能和技術參數

6安科瑞ARB5-M弧光保護產品現場安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

7結束語

綜上所述,將母線短路故障時間控制在100ms甚至更短的時間以內,可在很大程度上降低故障對母線設備及主變的損害程度見表2,同時降低設備受損程度還可以減少開關柜停電檢修的時間,針對中低壓開關柜故障特性開發,原理簡單,動作迅速可靠,對現有設備無特殊要求的電弧光保護系統是一種實現這個目標的較為理想的保護解決方案。

參考文獻：

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