摘要：電弧保護在變電站運行過程中具有重要意義。本文分析了電力系統中中低壓設備的運行問題，提出了電弧保護方法，快速切除變電站運行過程中的故障點，保證變電站的安全穩定運行。

關鍵字：電弧保護；變電站；安全穩定運行；燃弧耐受時間

引言

在變電站運行過程中，安全性和穩定性是一個重要因素。近年來，由于室內開關柜占地面積小、操作集中、運行維護方便等特點，越來越多的事故因各種原因導致開關設備在變電站運行過程中被嚴重燒毀。變電站事故處理不當會直接影響變電站運行的安全性和穩定性，導致電網事故不斷擴大，不僅會造成嚴重的經濟損失，還會造成人員傷亡。在變電站設計過程中，為了保證變壓器、母線和開關設備的安全運行，保護裝置按照相關規范進行配置。但目前國內35kV及以下母線一般不配備快速母線保護，而是通過變壓器的后備過流保護來切除母線故障，后備保護動作至少切除故障時間為0.5。s，因此，對設備的損壞程度增加。所以，在變電站低壓開關柜中配置電弧保護，一旦出現故障，可及時切除故障，防止故障進一步擴大。

1中低壓開關柜設備運行過程中存在的問題及運行要求

1.1開關柜設備運行過程中存在的問題

在變電站設計過程中，母線將設置在110kV及以上的母線上。電壓等級在35kV及以下的母線系統一般不配備快速母線保護，而是依靠上變壓器的后備過流保護來切除母線短路故障，導致故障切除時間延長，設備損壞程度增加。

母線在設備使用過程中運行頻繁，設備絕緣老化、機械磨損是不可避免的現象。如果運行條件發生變化，人為操作失誤，母線故障率會上升，對變電站的運行存在安全隱患。

1.2開關柜安全運行要求

（1）開關柜內部的電弧耐受時間。按照IEC298標準，開關柜內部的電弧耐受時間為100ms。目前市場上銷售的開關柜都是按照這個標準的要求設計的，開關柜使用過程中可以承受的電弧燃燒時間為100ms。由于電弧光故障通常發生在斷路器運行前，故障短路電弧始終處于燃燒狀態，保護運行時間與斷路器分閘時間之和是電弧燃燒的持續時間。因此，從保護開關柜的角度來看，保護動作應在100ms內快速響應，以防止電弧短路故障。

（2）開關柜弧線故障保護。除加強開關柜結構外，還應對母線配置進行快速保護，在開關柜耐受弧線時間內切除故障，從根本上限制故障電弧，對開關設備的損壞和人員安全造成危害。

2電弧光母線保護系統

電弧保護是一種快速可靠的母線保護系統。根據檢測電弧和過流的原理，可以快速響應變電站的故障，適用于各種運行方式，為變電站的低壓母線保護提供了解決方案。電弧保護系統主要包括以下幾個方面:

2.1主單元

主單元是電弧保護系統的主要組成部分，主要檢測短路電流和電弧傳感器的運動信息，處理和判斷收集到的故障信息，從而發出故障處理信號，切除故障。電弧保護系統只有在同時檢測到電弧和過流時才會發出相應的切斷閘指令。如果進線斷路器沒有及時移動切除故障，系統將啟動斷路器的失靈保護邏輯，發出跳閘指令，跳過上級斷路器進行故障切除。此外，電弧保護系統的主單元將根據輔助單元傳輸的電弧信息確定故障。

2.2輔助單元

電弧保護系統的輔助單元通常安裝在開關柜中，每個輔助單元可以連接10個電弧傳感器、1個溫度傳感器和1個便攜式電弧傳感器。當系統出現電弧故障時，輔助單元可以收集電弧傳感器中傳輸的動作信息，并將其傳輸給主單元，然后分析并響應故障。輔助單元和電弧傳感器的地址號碼可以顯示在主單元中，有助于及時解除故障。

2.3弧光傳感器

弧光傳感器是感應故障的主要組成部分，安裝在開關柜的每個間隔室。弧光傳感器是光感應元件。如果出現弧光故障，光強度會大大增加，傳感器會檢測光強度，將光信號轉換成電流信號，并傳輸到輔助單元。

2.4電流單元

電流單元主要檢測系統中的電流變量，并將其發送到主控單元，對這些數據進行分析和處理，然后將處理結果作為判斷系統電流的依據。

2.5電弧保護系統

該系統采用弧光檢測和過流檢測的方法，實現對整個變電站運行設備的雙重檢測和判斷。如果同時檢測到弧光和電流增量信號，說明設備和系統出現故障，需要快速啟動繼電器，發出跳閘指令。當系統只檢測到其中一個信號時，只需發出報警信號，通知技術人員系統出現故障。

安裝電弧保護裝置的設備和系統具有斷路器故障保護功能，即當進線斷路器拒動時，會發出越級跳閘信號，從而切斷上短路信號，保證系統的穩定運行。

3電弧保護在變電站中的應用

本論文以某變電站為例，分析和探討了電弧保護在變電站中的應用。

ARB5型弧光保護系統用于某變電站的安裝，近年來系統運行非常穩定可靠，在保護母線方面發揮了重要作用。本工程的接線方式為2條電源進線，單母分段，共有14面開關柜和2座母線橋。弧形保護配置主要有：ARB5主控單元，16個光探頭，300米光纖。在10kV進線柜的面板上安裝主控單元，在14面柜和兩個母線槽中安裝光探頭。安裝本工程時，在運行過程中的變電站上安裝弧光設備。因此，由于停電時間短，需要提前做好準備，以確保安裝調試工作能夠完成。安裝步驟主要包括以下幾個方面：(1)根據變電站安裝弧光系統的實際情況，由弧光系統設備制造商的設計者設計電氣安裝圖紙，將圖紙提供給變電站相關技術人員進行審核，并根據變電站的實際情況進行改進，直至圖紙符合要求。(2)準備安裝所需的輔助材料和配件。變電站應根據設計師提供的圖紙，提前在開關柜上打開設備和壓板安裝孔，為安裝做好準備。變電站確定停電時間后，應提前通知廠家，由廠家安排技術人員到現場配合安裝。變電站停電時要考慮綜合因素，確定具體時間。(4)主控制裝置應在停電前一天安裝。停電后，變電站技術人員應安排常見的弧形設備技術人員，打開開關柜門，安裝后及時關閉柜門。(5)電源的進線、母線和總控制單元之間的CT線可以在變電站技術人員的幫助下敷設，變電站也應敷設弧形保護出口的跳開關。(6)制造商的技術人員應完成具體的安裝和調試過程。(7)所有設備調試完畢后，由廠家技術人員對變電站技術人員進行培訓。訓練結束后要進行測試，測試合格后才能完成整個項目。

在本項目中，電弧保護系統應根據實際系統的實際情況，在技術方面，電弧保護裝置應能提供“故障報警信號"、將“故障動作信號"發送到計算機監控系統，有助于計算機監控系統及時發現變電站設備運行過程中的故障和問題，提高解決效率，減少對電力傳輸的影響。同時，電弧保護的出口跳閘繼電器應滿足不低于5W的啟動功率、動作電壓在55-70之間，動作時間不小于10ms。

安裝弧光保護系統時，應遵循一定的技術規范：(1)安裝KGN柜。安裝KGN櫥柜時，應按照保護母線隔斷室和母線側隔離刀閘室的原則，安裝在櫥柜上部和中部，既能保證足夠的絕緣距離，又能有足夠的角度檢測櫥柜內的弧線是否符合要求。對于本項目35kV的開關柜，應在母線隔斷室和母線側隔離閘室安裝弧形傳感器。如果是10kV，如果母線和母線側隔離閘同時在一個房間，則只需安裝弧形傳感器。如果母線和母線側隔離閘不在同一個房間，則需要單獨安裝弧形傳感器。(2)安裝KYN柜。安裝KYNN柜時，只能安裝在母線隔間內，安裝在上中間，既能保證足夠的絕緣距離，又能保證柜內的弧線能及時檢測到。(3)為避免電弧保護的無選擇性跳閘，應進一步簡化二次電路，變電站35kV和10kV母線應分列運行。(4)新建變電站在投產前應安裝相應的電弧保護裝置，運行變電站可根據開關柜的大修情況，安裝電弧保護裝置。

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，采用電弧光保護系統對變電站進行保護，其動作時間為5-7ms，可以迅速實現對故障的響應和處理，使變電設備的損失減到小，大大提高了變電站運行的安全性和運行效率。

參考文獻：

[1]唐成靜.電弧光保護在變電站中的應用．

[2] 吳海莉，胡發明.應用于110kV變電站的電弧光保護系統[J].上海電力學院學報，2012（12）.

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5（版）.