中低壓成套開(kāi)關(guān)柜作為電能生產(chǎn)與分配的基礎設施之一，使用量逐年增加，并且使用場(chǎng)合的復雜性也在增加，使用遵循的規范標準要求也隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展而提高。如何保證中低壓開(kāi)關(guān)柜安全可靠運行、降低電氣事故損失越來(lái)越多地受到重視。

弧光放電事故是中低壓開(kāi)關(guān)柜內嚴重的事故之一，由于電弧電阻的原因，故障電流往往達不到保護定值而不能迅速切斷故障，或者弧光故障電流達到了保護啟動(dòng)值，動(dòng)作時(shí)間不能快速切斷故障。

弧光放電不僅會(huì )造成停電事故，還會(huì )造成設備嚴重損壞和人身傷害事故，帶來(lái)不可估量的損失。

1弧光故障事故危害

弧光產(chǎn)生時(shí)溫度可達到4500℃，內部溫度可達到10000～20000℃?；」猱a(chǎn)生時(shí)瞬時(shí)功率可達到40MW，弧光光強可超過(guò)正常照明光強2000多倍。因此中低壓開(kāi)關(guān)柜內因故障而產(chǎn)生電弧時(shí)若不能及時(shí)采取合理措施，則會(huì )產(chǎn)生諸多危害。

（1）對設備的危害：電弧發(fā)生時(shí)產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，氣體瞬時(shí)沖擊波可造成開(kāi)關(guān)柜體變形、破碎；沖擊波爆破震動(dòng)可造成開(kāi)關(guān)柜劇烈震動(dòng)，使各連接處緊固件松脫；產(chǎn)生的高溫可引起電纜燃燒、銅排融化、鋁排氣化，甚至將開(kāi)關(guān)柜外殼金屬融化、元器件嚴重損壞并引起火災。

（2）對人的危害：高溫灼傷皮膚；熔化的金屬蒸發(fā)并滲入人的皮膚表層造成皮膚金屬化；高強度弧光傷害眼睛，甚至造成角膜脫落；高溫燃燒產(chǎn)生的粉塵和有毒有害氣體損傷呼吸系統；弧光電流作用于人體可使肌肉產(chǎn)生非自主劇烈收縮，也可損傷肌腱、皮膚、血管、神經(jīng)組織等。

電弧產(chǎn)生的能量與I 2t成指數規律快速上升，其不僅與故障電流的大小有關(guān)，還與燃弧時(shí)間有關(guān)。根據故障點(diǎn)的不同，通常情況下故障短路電流會(huì )在幾千安至幾十安，故障若不能及時(shí)切除以熄滅電弧，則會(huì )產(chǎn)生巨大能量?？傊?，開(kāi)關(guān)柜發(fā)生內部電弧故障，不論是對開(kāi)發(fā)設備還是對附近的工作人員，其危險性都很大。

圖1 電弧能量-時(shí)間曲線(xiàn)

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(guò)弧光+電流雙重判據或弧光單判據啟動(dòng)保護，其弧光單判據動(dòng)作時(shí)間≤7ms；弧光+電流雙判據動(dòng)作時(shí)間≤20ms，為快速切除中低壓弧光故障提供了技術(shù)支持。

2中低壓開(kāi)關(guān)柜弧光保護必要性

國家標準相關(guān)規定，110kV及以上的電壓級別的變壓器的熱穩定允許時(shí)間和動(dòng)穩定時(shí)間分別是2s和0.25s。一般，在低壓側出口出現短路故障時(shí)時(shí)間往往超過(guò)2s，不能滿(mǎn)足變壓器動(dòng)穩定時(shí)間要求，這樣就會(huì )導致變壓器損壞。

為了解決開(kāi)關(guān)柜弧光短路故障問(wèn)題，可以采取一些常規性防護措施，比如加強開(kāi)關(guān)柜的結構，設置釋放板和泄壓通道將氣流等輸出柜體。但此類(lèi)措施會(huì )提高設備成本，對電力企業(yè)的經(jīng)濟效益帶來(lái)影響。

弧光保護相比這些防護措施，可以從根本上限制故障電弧，從而解決開(kāi)關(guān)柜弧光短路故障對工作人員和開(kāi)關(guān)設備的影響和危害。一方面，可以在開(kāi)關(guān)柜耐受燃弧時(shí)間內采用中低壓母線(xiàn)保護快速切除故障；另一方面，能減少用戶(hù)停電時(shí)間，可盡快恢復生產(chǎn)。此外，對于使用年限很長(cháng)需要進(jìn)行改造的開(kāi)關(guān)柜，采用弧光保護可合理延長(cháng)其使用壽命，從而減少對開(kāi)關(guān)設備的投資費用。

3ARB5系列弧光保護

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

（1） ARB5-M主控單元特點(diǎn)

1）啟動(dòng)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(dòng)系數可整定范圍為0.05~10In，電流常量啟動(dòng)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(diǎn)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變電站。

（2） ARB5-S弧光探頭特點(diǎn)

1）自帶濾光功能。

2）無(wú)源型弧光傳感器。

3）探測角度≥180°。

圖2 ARB5-S弧光探頭探測角度

4中低壓開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)弧光保護的應用

安科瑞ARB5系列弧光保護裝置廣泛應用于中低壓開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)保護。

（1）某機場(chǎng)10kV開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)弧光保護

圖3 某機場(chǎng)10kV開(kāi)關(guān)柜ARB5弧光保護安裝圖

（2）某工廠(chǎng)0.4kV開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)弧光保護

圖4 某工廠(chǎng)0.4kV開(kāi)關(guān)柜ARB5弧光保護安裝圖

5結語(yǔ)

在電力系統運行中，由于自身電容量等因素的限制，需要對中低壓開(kāi)關(guān)柜與母線(xiàn)進(jìn)行合理地保護，因此，需要從中低壓開(kāi)關(guān)柜電弧光短路故障原因和現有的中低壓母線(xiàn)保護方案存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，明確故障問(wèn)題帶了的嚴重危害，通過(guò)應用弧光保護，合理處理故障問(wèn)題，從而更好地保護實(shí)現開(kāi)關(guān)柜與母線(xiàn)的保護。

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