弧光保護在中壓開關柜中的應用

安科瑞 陳聰

【摘要】：針對中壓開關柜弧光故障的特點，進行弧光保護選型和方案配置，并介紹其在開關柜內的安裝位置。

【關鍵詞】：中壓開關柜；弧光保護；方案配置；安裝位置

1前言

隨著電力系統配電網容量的逐漸，中低壓設備故障對電力系統運行的影響越來越嚴重，近年來，中壓開關柜由于絕緣損壞、操作失誤、設備老化等因素頻繁發生弧光故障事故，不僅影響供電系統平穩運行，還會造成嚴重的人身傷害和財產損失。

圖1 開關柜弧光故障事故圖

圖2 電弧能量-時間曲線

弧光故障事故的危害程度取決于弧光電流及切除時間，電弧產生的能量與I 2t成指數規律快速上升。弧光產生初期（總切除時間不超過100ms）對設備損傷比較小，傳統的電流保護和接地故障保護由于檢測周期長，動作時間慢，不能弧光故障的危害。因此，很有必要引入快速切除弧光故障的保護系統。安科瑞ARB5系列弧光保護裝置通過弧光+電流突變量雙重判據或弧光單判據啟動保護，其弧光單判據動作時間≤7ms；弧光+電流雙判據動作時間≤20ms，為快速切除中低壓弧光故障提供了技術支持。

2弧光保護選型

我們經過仔細分析，選定安科瑞ARB5系列弧光保護進行研究。

ARB5系列弧光保護裝置主要由ARB5-M主控單元、ARB5-S弧光探頭組成。

2.1  ARB5-M主控單元特點

（1）啟動條件可選弧光單判據或弧光+電流雙判據。其中電流突變量啟動系數可整定范圍為0.05~10In，電流常量啟動系數可整定范圍為0.05~10In。

（2）11路可編程跳閘出口。

（3）4組3相電流采集。

（4）支持20路弧光探頭信號采集。

（5）弧光故障點定位。

（6）弧光光纖鏈路自檢及裝置異常自檢。

（7）4組失靈保護。

（8）支持IEC61850，便于組建數字化智能配電站系統。

2.2  ARB5-S弧光探頭特點

（1）自帶濾光功能。

（2）無源型弧光傳感器。

（3）探測角度≥180°。

3弧光保護方案及動作邏輯

本文結合某水廠10kV供電系統工程，介紹安科瑞ARB5系列弧光保護配置方案。該工程涉及10kV I、II 段母線，共計12個回路，其中01、12柜為進線柜，06柜為母聯柜，07柜為母聯隔離柜，05、08柜為PT柜，02、03、04、09、10、11柜為出線柜。

圖3 一次圖及弧光配置圖

圖4 開關柜布局圖

弧光保護配置方案是在兩段母線上分別配置一臺ARB5-M主控單元，安裝位置為進線柜（或PT柜）儀表室的柜門上；每柜的母線室、手車室、電纜室（如有）各安裝一個ARB5-S弧光探頭。

保護動作邏輯為母線室或手車室弧光故障動作于跳閘進線和母聯開關，電纜室弧光故障動作于跳閘出線回路開關。

5  ARB5-M弧光主控單元背板接線示意圖

4弧光探頭安裝位置

弧光探頭可面板開孔安裝，亦可支架式安裝。

ARB5-S弧光探頭有兩種固定方式：卡扣式和螺絲式。

卡扣固定：

圖6 卡扣式固定方式開孔尺寸

螺絲固定：

圖7 螺絲式固定方式開孔尺寸

安裝探頭時應選擇安裝位置，避免出現檢測盲區，并且應遵循以下原則。

弧光探頭建議安裝地點包括（但不于）母線室、手車室、電纜室。

弧光傳感器建議安裝容易產生電弧的位置。在開關柜有斷路器的情況下：在母線觸頭連接處、上或下隔離開關（2處）觸頭處、電流互感器觸頭處、電纜接頭處。在開關柜無斷路器的情況下：在母線觸頭連接處、上和下隔離開關觸頭處（1處）、電纜接頭處。

封閉式母線橋架在橋架兩端需要安裝弧光傳感器。若考慮實現開關柜的整體保護，可以在開關柜的斷路器室和電纜室各安裝1個弧光傳感器。

1母線室

圖8 母線室開孔位置 

2手車室

圖9 手車室開孔位置

3電纜室 

圖10 電纜室開孔位置

5結束語

該水廠10kV開關柜弧光保護已投運兩年。安科瑞ARB5系列弧光保護邏輯清晰、安裝簡單、動作迅速可靠，廣泛應用于水務、電廠、醫療、工業、交通等行業項目。

參考文獻

[1].安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

[2].NB/T 42076-2016 弧光保護裝置選用導則

[3].AFBR-S10PS01XZ-DS100 – April 3, 2017

[4].王良毅，盧睿，曾治安.弧光保護在10 kV 開關柜中的應用