电弧光保护装置在风电场母线的应用

摘要：文章介绍了某风电场加装电弧光工程，并分析了针对不同类型开关柜的传感器安装方法和保护配置情况，通过实际工程安装的电弧光保护装置的动作调试和带开关传动试验，证明满足保护快速性、灵敏性、选择性和可靠性的要求，能很好实现对母线的快速保护。

关键词：弧光故障；电弧光保护；开关柜；中低压

0引言

内蒙古西部电网高载能企业用户的接线方式一般是从变电站35kV出线直接接至企业用户，线路距离开关柜、电缆头单相接地故障和相间短路故障较频繁，这些故障发生的同时伴随着电气弧光的产生。在保护动作切除35kV母线之前，电气弧光产生的高温可将电气设备和机械设备熔化，使单相接地故障发展迅速。由于高载能用户负荷变化频繁，较易发生相间短路故障，而损坏相邻间隔的电气设备，导致35kV系统易发生近端短路故障，甚至将35kV母线故障范围扩大、故障时间延长等，这些都影响了风电场的稳定运行生产，因此中广核风电有限公司内蒙古分公司决定选用某风电场进行电弧光保护的改造，效果明显的话，将推广应用于公司其他风电场。

1电弧光保护

弧光保护是一种新型的母线保护方案，系统设计用于切除所有低压或中压空气绝缘铠装开关柜中可能产生弧光短路断路器的快速保护中。电弧光保护依据故障时产生的电弧光来判断故障并切除，是一种非电气量保护当系统发生故障时会伴有弧光量的产生，依据电弧光来判断切除故障的保护就是电弧光保护。它是非电气量保护，当发生弧光短路时，在弧光检测传感器覆盖的区域内弧光短路点可以被快速定位，这样的话弧光保护仅仅靠弧光源作为跳闸判据很可能会受到一些外来因素光源使得弧光保护误动作，所以一般的弧光保护都会有两个判据，就是弧光和电流增量。只有同时检测到弧光信号和过流增量，弧光保护才会出口跳闸动作，图1是弧光保护基本原理图。

其基本原理是“与或”关系，当三相电流I或弧光L有一个判据时，弧光保护装置会发信;当三相电流I和弧光L同时为与关系时，弧光保护装置跳闸。

2电弧光保护的组成部分

主单元包含有电流检测和断路器失灵保护，它通过检测短路电流和来自电弧光传感器的动作信息，并对收集的数据进行处理、判断，在满足跳闸条件时，发出跳闸命令以切除故障。在进线断路器不能切除故障时，它将启动断路器失灵保护逻辑，发出跳闸命令给上级断路器来切除故障。此外，主单元根据辅助单元传送来的弧光传感器动作信息和温度传感器测量的温度，提供弧光故障点的定位和温度报警信息。

辅助单元当系统发生弧光故障时，辅助单元收集来自电弧光传感器的动作信息并传送给主单元，在主单元上显示辅助单元和弧光传感器的地址编号，有利于及时准确故障定位开关柜，为检修提供信息。电弧光传感器，专用于母线保护的弧光传感器安装在开关柜的母线室内，它作为光感应元件，将检测在发生弧光故障中突然增加的强光，并将光信号转换成电流信号传送给辅助单元。

3弧光装置的主要设备配置

安装35kV系统弧光保护设备，裸光纤安装在母线上，每个柜子在电缆室和开关室分别安装2个探头，如表1所示。

4电弧光保护现场调试情况

在35kV母线出线,311断路器开关柜模拟弧光短路故障，动作录波情况如图2所示。正常工作时，三相电压幅值随时间变化是一致的，如图3所示。

正常至故障工作时,AB两项电压幅值随时间变化是基本一致的,C相发生故障,电压基本没有了为零，如图4所示。

故障状态时,AB两项电压幅值随时间变化是基本一致的,C相发生故障电压为零。通过现场调试情况以及带开关传动情况,电弧光保护能很好实现对母线的快速保护，如图5所示。此时,311断路器开关柜发生故障,311断路器电弧光保护装置接收到光纤传感器、弧光传感器的动作信号、过流信号,弧光保护能顺利断开301断路器，同时也满足保护快速性、灵敏性、选择性和可靠性要求。

5安科瑞ARB5-M弧光保护产品选型说明

ARB5-弧光主控单元

（1）＊表示可选附件，需要另外增加费用1500元。

（2）主控板和采集板数量之和不能大于4。

（3）弧光探头到采集板的长度不能超过20米。

（4）如有特殊要求，请特别注明。

6安科瑞ARB5-M弧光保护产品功能和技术参数

7安科瑞ARB5-M弧光保护产品现场安装

弧光保护主控单元、探头安装图如下。

8结论

某风电场如果使用弧光保护，不仅能快速切除开关柜内部弧光短路故障，实现中低压母线的快速保护,而且还能提高电力系统和设备的性和稳定性。具体功能体现在以下方面:①保护人员和中低压开关设备的，避免了弧光故障造成的损害;②保护变压器免受短路电流损坏;③保护升压站内直流系统;④可以预防火灾发生;⑤延长开关设备使用寿命。

参考文献：

[1]马慧霞，闫文吉.某风电场35kV母线电弧光保护的应用[J].农机时代，2016，09.

[2]杨永磊，段强.炼化装置安装和检修中焊接气孔产生的原因及处理方法[J].焊管，2015，（10):57-60.

[3]张明亮，郏广震，陈雪峰，等.化工装置交付检修前的工艺过程控制[J].化工管理，2016，（20):295-296.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5（版）.

作者简介：

陈芳芳，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究中低压综合保护及绝缘监测系统，