一．電弧光的危害

電弧光對(duì)設(shè)備及人員會(huì)造成極大的危害。電弧光的危害程度取決于電弧電流和切除時(shí)間。開(kāi)關(guān)柜即使能將電弧光發(fā)生時(shí)隔絕在柜體內(nèi)，及有疏漏之外。例如，人員在保養(yǎng)、操作時(shí)未必將開(kāi)關(guān)柜的門(mén)板鎖上。即使上鎖，電弧光將嚴(yán)重?fù)p毀柜內(nèi)器件，亦使柜體變形。最有效降低電弧光傷害的方法是以最快的速度切斷故障電流。電弧光保護(hù)正是因?yàn)檫@個(gè)需求而設(shè)計(jì)。一般電流保護(hù)繼電器與KJ-HB電弧光保護(hù)的跳閘指令延時(shí)比較。

 

	KJ-HB	一般O/C relay
測(cè)量	2 ms	20 ms
計(jì)算	不需要	2 ms
自我偵測(cè)	隨時(shí)	2 ms
輸出relay	1 ms	6-10 ms
其他	不需要	10 ms
Total	2-3 ms	40-44 ms

 

電弧光對(duì)人員的傷害

 

感光	侵害肌肉、神經(jīng)
強(qiáng)光	刺傷眼睛（弧光光強(qiáng)約9000lux，而人眼感受到的最大光強(qiáng)約3000lux）
高溫	燒灼皮膚
爆破壓	造成墜落及碎片飛射
爆破音	造成耳膜、肺臟震損
毒氣	傷害呼吸系統(tǒng)

 

電弧光對(duì)設(shè)備的傷害

 

高溫	弧光發(fā)生點(diǎn)的溫度是1 9427℃，是太陽(yáng)表面溫度的兩倍
	造成銅排，鋁排熔毀，氣化
	造成盤(pán)體內(nèi)污損，保護(hù)漆焚毀，清理困難
	高溫、高壓的氣體極快速就擴(kuò)散到相鄰盤(pán)體
爆破壓	造成盤(pán)體變形、破碎
	銅排氣化時(shí)，體積膨脹6 7000倍
	空氣因高溫而膨脹，壓力為120kPa(人體能承受的最大壓力為7.5kPa)
爆破音	造成盤(pán)內(nèi)強(qiáng)烈震動(dòng)，使固定元件松脫

 

 

 

開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時(shí)間及變壓器動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間指標(biāo)

 

開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電燃弧耐受時(shí)間

IEC298標(biāo)準(zhǔn)附錄AA中規(guī)定的內(nèi)部燃弧時(shí)間是100ms，目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的開(kāi)關(guān)柜基本上是按照IEC298標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，也就是說(shuō)，開(kāi)關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時(shí)間為100ms。由于發(fā)生弧光故障在斷路器動(dòng)作前，故障短路電弧是一直在燃燒的，即從保護(hù)開(kāi)關(guān)柜方面考慮，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)在小于100ms切除故障以防止弧光短路故障進(jìn)一步擴(kuò)大造成更大的危害。

 

變壓器的動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，一些地區(qū)110kV及以上等級(jí)的變壓器遭受短路故障電流沖擊直接導(dǎo)致?lián)p壞的事故，約占全部事故的50%以上，與前幾年統(tǒng)計(jì)相比呈大幅度上升的趨勢(shì)。這類(lèi)故障的案例很多，特別是變壓器低壓側(cè)出口（低壓母線）短路時(shí)形成的故障一般需要更換繞組，嚴(yán)重時(shí)可能要更換全部繞組，從而造成十分嚴(yán)重的后果和損失。

國(guó)標(biāo)規(guī)定的110kV及以上電壓等級(jí)的變壓器的熱穩(wěn)定允許時(shí)間為2秒，動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間為0.25秒。但實(shí)際上，在低壓側(cè)出口短路故障靠過(guò)流后備保護(hù)切除的動(dòng)作時(shí)間往往在2秒以上，離0.25秒的變壓器的動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間相差甚遠(yuǎn)。所以，可以說(shuō)，繼電保護(hù)的不完善也是造成變壓器損壞的重要原因。

目前針對(duì)近區(qū)（低壓母線）短路故障引起變壓器損壞的保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間太長(zhǎng)，遠(yuǎn)大于變壓器允許承受的短路電流持續(xù)時(shí)間，顯然不能滿(mǎn)足保護(hù)變壓器的要求，迫切需要改善變壓器保護(hù)，使其保護(hù)動(dòng)作滿(mǎn)足小于變壓器允許動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間0.25秒的要求。

 

開(kāi)關(guān)柜弧光短路故障的防護(hù)措施

 

消極性防護(hù)措施

采用這種措施的目的是限制故障電弧產(chǎn)生的各種效應(yīng)，如加強(qiáng)開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)，密封隔離各單元室、設(shè)置釋放板和泄壓通道等。采用這種措施在一定程度上能減少損壞程度；另一方面，如果要采用通過(guò)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的方式來(lái)較大地提高開(kāi)關(guān)柜的燃弧耐受時(shí)間的話，則需要增加很大的設(shè)備費(fèi)用。

 

積極性防護(hù)措施

采用高速專(zhuān)用中壓母線保護(hù)切除故障以限制故障電弧的持續(xù)時(shí)間，從根本上限制故障電弧，消除其各種效應(yīng)對(duì)設(shè)備和人員的危害。如果中低壓母線保護(hù)能在開(kāi)關(guān)柜耐受燃弧時(shí)間以?xún)?nèi)切除故障的話，將最大限度地限制弧光故障對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的損壞；從另一方面看，限制開(kāi)關(guān)設(shè)備的損壞，即阻斷了故障發(fā)展的可能性，從而可避免主變壓器長(zhǎng)時(shí)間遭受短路電流的沖擊而損壞。這也是目前迫切需要的最有效的限制弧光短路故障損壞開(kāi)關(guān)設(shè)備及變壓器的防護(hù)措施。

 

現(xiàn)有的中壓母線保護(hù)方案及存在的問(wèn)題

 

目前普遍采用的中壓母線保護(hù)方案如下:

變壓器后備過(guò)流保護(hù)方案:

這是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的中壓母線保護(hù)方案。由于考慮到與饋線和母線分段開(kāi)關(guān)的配合，保護(hù)跳閘時(shí)間一般整定為1.0-1.4秒，有的甚至更長(zhǎng)，達(dá)2.0秒以上。這一動(dòng)作速度很顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足快速切除中壓母線故障要求的。

饋線過(guò)流保護(hù)閉鎖變壓器過(guò)流保護(hù)方案:

這是近年來(lái)微機(jī)過(guò)流保護(hù)在中壓饋線廣泛應(yīng)用，國(guó)外提出的利用饋線過(guò)流元件閉鎖變壓器過(guò)流保護(hù)的應(yīng)用較為廣泛的過(guò)流閉鎖式保護(hù)方案。這一方案與變壓器后備過(guò)流保護(hù)方案相比其動(dòng)作速度有了一定的提高，典型動(dòng)作時(shí)間為300-400ms。但對(duì)于要求100ms以?xún)?nèi)切除故障顯然也是不能滿(mǎn)足要求。

 

采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護(hù)方案:

這是國(guó)外某些重要項(xiàng)目曾采用的專(zhuān)用電流差動(dòng)中壓母線保護(hù)方案，典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為35-60ms?？紤]到斷路器的分閘時(shí)間，這一動(dòng)作速度對(duì)要求100ms 以?xún)?nèi)切除故障來(lái)說(shuō)也嫌慢。采用這種方案的接線復(fù)雜，對(duì)CT的要求高，安裝在有很多出線的6-35kV母線上有很多困難，也很不經(jīng)濟(jì)。此外，由于其保護(hù)范圍由于受到CT安裝位置的限制，不能保護(hù)到發(fā)生故障幾率較高的電纜室電纜接頭處的故障。因此也不適合中壓母線保護(hù)應(yīng)用。

從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，現(xiàn)有的保護(hù)方案是顯然不能滿(mǎn)足快速切除母線故障或保護(hù)覆蓋范圍要求的，迫切需要采用一種新型中壓母線保護(hù)系統(tǒng)，以解決目前實(shí)際運(yùn)行中由于中低壓母線發(fā)生故障幾率較高、延遲切除故障導(dǎo)致故障發(fā)展、擴(kuò)大，從而造成的巨大的經(jīng)濟(jì)損失的問(wèn)題。

 

新型電弧光母線保護(hù)系統(tǒng)及應(yīng)用情況

KJ-HB裝置是一種快速可靠的專(zhuān)用中低壓母線保護(hù)系統(tǒng)，它采用檢測(cè)弧光和過(guò)流雙判據(jù)原理，具有原理簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠迅速、對(duì)變電站一次設(shè)備無(wú)特殊要求、適應(yīng)于各種運(yùn)行方式、且在各種運(yùn)行方式下保護(hù)不需要切換等優(yōu)點(diǎn)，為目前發(fā)電廠、變電站、工業(yè)及商業(yè)配電系統(tǒng)380V-35kV中低壓母線保護(hù)理想的解決方案。

KJ-HB組成部分:

1、KJ-HB主機(jī)

主機(jī)采用4U機(jī)箱，彩色液晶顯示，人機(jī)界面友好。

主機(jī)包含有電流檢測(cè)和斷路器快速跳閘保護(hù)，它通過(guò)檢測(cè)短路電流和來(lái)自弧光傳感器的動(dòng)作信息，并對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷，發(fā)出跳閘信號(hào)以切除故障。該系統(tǒng)只要在同時(shí)檢測(cè)到弧光和過(guò)流時(shí)才發(fā)出跳閘指令。

每個(gè)主機(jī)最多可接入24個(gè)傳感器，它采用RS485總線與計(jì)算機(jī)通信。主機(jī)中配有24路報(bào)警繼電器，實(shí)現(xiàn)24路傳感器實(shí)時(shí)報(bào)警功能，同時(shí)主機(jī)具有記錄故障電流的錄波功能。

主機(jī)具有超強(qiáng)配置功能，能設(shè)置24路傳感器的具體監(jiān)控位置，同時(shí)故障發(fā)生后，能顯示具體故障位置。

2、點(diǎn)式傳感器(HMT-HB1000)

點(diǎn)式傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜各間隔室中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)由簡(jiǎn)單到各種復(fù)雜接線中、低壓開(kāi)關(guān)柜提供有選擇性的保護(hù)。點(diǎn)式傳感器作為光感應(yīng)元件，將檢測(cè)在發(fā)生弧光故障時(shí)突然增加的光強(qiáng)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)傳送給主機(jī)。

3、光纖傳感器(HMT-HB2000)

采用高性能光纖做為傳感器，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部弧光的產(chǎn)生，具有很高的靈敏度。

 

裝置主要特點(diǎn)

內(nèi)置的過(guò)電流保護(hù)

KJ-HB集成了2組3-相電流測(cè)量，能夠監(jiān)測(cè)短路電流和過(guò)電流，并且能夠在3毫秒時(shí)間內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。這使其可能減少由于像電閃或者焊接等所造成的意外觸發(fā)，沒(méi)有傳統(tǒng)的額外延遲和外部過(guò)電流繼電器所造成的費(fèi)用。在短路或者沒(méi)有起弧的持久過(guò)負(fù)荷情況下，也可以用過(guò)電流功能觸發(fā)斷路器。

 

高可靠性和安全性

采用檢測(cè)弧光及過(guò)流雙判據(jù)原理，提供高度可靠和安全的動(dòng)作性能。整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)綜合自檢充分保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

 

高效率的自我檢測(cè)

KJ-HB系統(tǒng)提供了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)視，包括所連接的傳感器。通過(guò)一個(gè)閃爍的在線發(fā)光二極管可以監(jiān)測(cè)任何的系統(tǒng)故障，像傳感器電纜故障。

 

設(shè)置靈活

KJ-HB保護(hù)系統(tǒng)所有設(shè)置靈活，傳感器數(shù)量，傳感器位置，傳感器動(dòng)作值等通過(guò)按鍵很直觀操作。

 

實(shí)時(shí)事件記錄

對(duì)于所有的事件都能夠提供詳細(xì)的診斷信息，包括事故故障和電流錄波。

 

裝置配置靈活

裝置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，任意組合傳感器，并不影響現(xiàn)場(chǎng)使用。