如何借助于电弧光保护系统来减少电弧光带来的危害

安科瑞程瑜

摘要：在变电站、电厂、工业企业等场合的中低压母线及开关柜中产生弧光短路时，弧光保护可以在传感器气的覆盖区域内快速定位动作，切断故障电流，大限度的降低弧光短路对人员及设备的伤害。弧光保护具有速动性、可靠性、选择性、灵敏性要求。

关键字：弧光保护、速动、可靠、灵敏、降低危害

引言

弧光短路在中低压母线及开关柜断路器端常有发生，容易引发设备损坏、爆炸，严重的会导致人员受伤。在变电站、电厂、工业企业这样的运行环境复杂、运行要求高的场所，弧光保护能带来更快速、可靠、灵敏的安全保障。

一、一般易引发弧光短路的主要原因有

1.操作人员误操作行为：误入带点间隔、误操作隔离开关、带接地线合闸、误将工具遗漏在开关设备内等，人为失误造成的电气不规范操作，此类问题大面积存在。

2.电气因素：在施工接线或者后期维护的时候，电气连接错误、设备故障，引起的母线误接或者电气短路问题。

3.环境素：随着设备运行时间的增加，绝缘老化、机械磨损、灰尘、温度、湿度及腐蚀，使得开关本体及辅助机械失去了原有的电气可靠性。

二、电弧光的危害

1.弧光产生的瞬间，容易造成温度急升，导致铜牌等金属器件气化；严重的会导致压力上升过快，开关设备发生爆炸。

2.孤光故障出现后，瞬间提升的短路电流使上一级变压器承受近距离短路冲击，可能造成变压器绕组变形，进而造成变压器绕组的匝间短路。

3.并且瞬高温、强光及爆炸会灼伤作业人员的皮肤、刺伤眼睛，泄露出有害气体也能直接对人体造成伤害。

三、传统方案及弧光保护方案的对比

（一）传统的保护方案是采用中低压侧主变后备保护，线路保护设备的元件过流保护，有部分地区配置简易母差保护来实现。

1.各类元件保护动作的时间较长，主变后备一般在1S以上，线路间隔一般在200MS，母差保护在30~45ms。当出现弧光短路时，主变后备和线路间隔动作明显缓慢，而母差保护在电网的10kV~35kV侧一般都不进行配置。

2.使用常规元件保护，施工接线复杂，需要接入模拟量、开入、开出，并且要配置公用设备采集设备信号。增加的成本投入也随之上升。

3.南方电网的简易母差功能在起初阶段的作用同弧光保护较为类似，但是因为简易母差需要进行大量的配置，在配置的时候因低压侧价格数量多，极易产生错误，电网也多次有过事故问题。在南方电网已经逐渐取消了。

（二）弧光保护的方案是通过在中低压开光柜的母线室及断路器

室安装弧光传感器，通过光纤传送到主保护单元，依靠保护动作判据，发出动作命令直接切除电源及分段间隔。

1.保护动作时间能在10MS左右，相对比常规的线路保护和主变后备保护要快很多，当故障点出现在断路器室还未传导到出现仓时，就可以探知到弧光危害，并且有选择的快速度动作切除主变变低电源及故障段母线。见附图4。

2.现场接线相对于常规元件保护，只需要接入主变变低及分段的电流，并对相应间隔设计跳闸回路即可。感知元件和主保护之间可以通过光纤进行连接，现场施工难度大大降低。甚至在运行设备都可以短时间停电改造。

3.弧光保护可以有很多灵活的配置方案，不同的厂家制定集中式的和分布式等多种组装方案供业主选择。可根据母线的运行方式和故障位置分区域保护，虽大限度缩小事故停电范围。

4.根据光强度传感及电流量的多判据组合，在发生弧光短路时，可以判断故障点位置。

四、弧光保护的技术举例

当故障出现在馈线开关柜时：

1.当在母线室检测到弧光时，此时属于母线故障，立即跳开本间隔母线段的进线开关及分段开关，将停电范围缩小在本段母线。

2.当开关室检测到弧光时，分两种情况：入故障发生在开关机构的触头上，则属于母线侧故障，应立即跳开本间隔母线段的进线及分段开关；如果故障发生在开关机构的下触头，通过跳开本间隔的开关即可隔离故障，从而避免停电范围扩大。但是由于安装在开关柜的弧光传感器无法区分孤光故障发生在上触头还是下触头，则需要根据实际情况选择是跳开正端母线段进线或者分段开关，还是跳开本间隔开关。所以比较常见的配置方案是在中低压侧开关柜的母线仓和断路器室配置探头，出现弧光短路时跳开本段母线的电源进线和分段开关。

3.电缆室是极容易产生弧光故障的地方。当在电缆室检测到弧光时，属于本间隔故障，需要跳开本间隔开关来实现切除故障。而实际运用中，此动作行为与传统配置保护功能重复，并且在电网的典型配置中必须有馈线保护的要求，所以直接在电缆室采集孤光信号的方案已逐步被取代。

当故障出现在主变中低压侧开关柜时，保护功能和动作逻辑和馈线的一致。

当故障出现在PT的母线仓时，此类属于母线故障，立即跳开本间隔母线段的进线开关及分段开关。

五、弧光保护的市场价值

1.实现弧光保护的施工方案较为简单，在实际施工过程中减少大量传统保护需要的电缆，取而代之的是高效的光纤级联，经济效益更有优势。

2.在电网的典型配置中，缺少对35kV~10kV的母线配置保护，弧光保护正好能弥补这一个需求，并且动作响应速度高，保护逻辑可靠。

3.弧光保护在变电站中的配置方案简单，尤其针对过去开关柜质量不高的老站，更加需要增强保护措施，减少对作业人员的伤害，降低设备的损耗。

六、弧光保护的优势总结

弧光保护具有具有速动性、可靠性、选择性、灵敏性的特点。

1.相比于常规站中的传统配置，孤光探头的感知范围大，在弧光产生的起始点探测到风险，更高效的防止弧光短路在生产作业中对作业人员及生产设备的伤害。

2.无论新建站的安装还是改造站的加装工作中，可选配置方案多，能适应各种运行的环境，大大降低施工难度，减少用户停电时间。

3.弧光保护能弥补传统变电站配置中对中低压侧母线的保护缺失，提供快度响应的保护动作。

4.相对于电网中的传统元件保护，经济性高。

电弧光是发电厂中常见的带电危害，中低压母线中设置的保护方案对于电弧光危害防护作用是非常微小的，因而想要避免电弧光给运维人员和电气设备带来的损伤，需要借助于电弧光保护系统来减少电弧光带来的危害。本文主要对6kV发电厂中用电系统电弧光保护的应用进行了分析，以期能够为同类的保护应用提供一些经验参考。

随着电力行业的不断发展，电力事业规模的不断扩大，线路中所应用的中低压开关也是越来越大，这就使得线路上的电流负荷越来越大，也使得开关柜中的电弧光发生也越来越频繁，这不仅会影响变电站中的设备的正常运行，而且还有可能给电站内的运维人员带来人身威胁，因而采取相应的保护措施来减少电弧光危害。

电弧光及电弧光保护

电弧光的产生主要是由于两电之间的电压升高时周围空气中的正负离子在电压的影响下形成高速转动的电厂，且在移动的过程中不断与其他分子碰撞出现新的离子，而这些电离子不断增加，加上温度的升高变化就会产生电弧，实质上是一种放电，这种放电对于电压要求不是很高，只要两个电之间的电压能够超过周围空气绝缘强度时就会出现电弧放电，这种放电会直接影响电弧周围的电气设备运行，而且电弧光的发生过程中温度急剧上升，会给电气设备造成较大的影响，放电时所产生的气体会引起开关柜设备振动剧烈，在振动的过程中会使开关设备上的固定元件发生脱落，电弧光会直接对开关柜中的一次和二次设备造成严重损伤，并且会直接使绝缘电阻失去作用，甚至可能会引起开关柜爆炸，直接威胁电站中运维人员的人身，基于此要采取相应的电弧光保护措施，以便减少电弧光危害，保护发电厂中的电气设备能够正常运行。

电弧光对电气设备造成的损伤是由其自身所特性决定的，电弧光对设备损坏的程度是随着时间的增加而加剧的，因而如何在短时间内将故障排除，就能够将电弧光带来的危害降到低。电弧光保护系统就是利用了的电弧光和电流保护措施，打破原来常规保护，在检测到电弧光后就立即执行跳闸指令，对故障部位进行排除，从而减少电弧光给电气设备带来的持续伤害。同时电弧光保护系统在检测到电弧光之后会在时间发出报警信号，这时装置会自动执行1ms内自动跳闸命令，对故障源进行快速切除，这样能够将电弧光带来的危害控制在1ms之内，设备所受到的电弧光损坏是非常小的，这种保护模式比传统的低压母线保护速度更快，后期加上断路器的跳闸时间，也能够完全将开关柜的故障排除时间控制在100ms之内。由此可以看出，电弧光保护能够很大程度上降低设备故障带来的电弧光损坏，并且为运维人员的人身提供保障，因而在实际发电厂运维过程中电弧光保护系统的设置是非常重要的。

电弧光保护系统在6kV发电厂中的应用

本次应用的发电厂为6kV发电厂，以330MW火电机组为准，发电组保护型号AM5SE，厂用保护系统为安科瑞AM5SE系列。6kV发电厂中的用电系统总共有四段母线，每一段母线上进线都是一回，母线发生侧故障主要是由于进线过流保护导致的，在没有电弧光保护时母线上的故障无法及时进行排除，就会给母线和电气设备造成不可逆转的损坏。针对于此，在发电厂中安装电弧光保护系统，本次应用的设备主要包括AM5SE低压变压器综合保护测控装置和ARB5灭弧装置，其中ARB5快速灭弧器属于主动性电弧保护设备，能够降低母线线路上发生故障电弧事故时所产生的高温，也能够减少电弧光给电气设备带来的损坏和影响，与传统电流保护模式相比，ARB5设备能够快速对线路上的电弧故障进行检测确定，并且能够对故障电弧进行快速，减少电弧故障给电路带来的损坏。在结构上主要是有检测控制装置和一次主元件构成，其中检测控制装置的作用主要在于能够在2ms之内对电弧光故障进行检测，并且确定故障电流信号，然后将其传递给一次主元件，主元件在接受相关指令之后能够在仅仅1.5ms之内发生动作，对故障电弧进行熄灭，由此可以看出，ARB5设备能够快速在短时间内对故障电弧进行熄灭，且这种防护是属于主动型防护的，也是目前比较先进的一种电弧保护设备，对于6kV的低电压电厂来说非常适合。ARB5的应用能够显著提高运维人员自身的性，即使是在IAC防护要求不足的开关设备当中也能够发挥保护作用，控制电弧光的损坏范围，同时ARB5设备的使用还能够整个用电系统使用效率的提升，能够减轻电弧光给开关带来的损坏，使开关设备在故障电弧之后能够快速进行，从而保证用电系统运行的稳定性。而AM5SE保护测控装置则是适用于低压变压器的综合保护测控装置，能够对低压变压器电流、过负荷等进行监测，并且在出现故障或异常电流时发生保护动作，保证低压变压器的，这一装置与ARB5设备的合用能够提升6kV电厂用电系统的保护级别，阻断电弧光给线路和设备带来的损坏。对于低压电厂来说，母线是全厂供电系统和用电系统的供电枢纽，一旦母线发生故障，那么连接在母线上的所有元件都会受到影响，同时还会转换到另一组母线上，对另一组母线也造成损坏，从而导致被迫停电事故的发生，影响整个用电系统的稳定性，给电厂运营带来较大的严重后果和威胁，因而加强对母线的保护是非常必要的，而其中电弧光对母线的影响程度也是的，需要电厂设置相应的电弧光保护系统来保护母线，减少电弧光给母线带来的损坏。

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。

安科瑞ARB5-M弧光保护产品功能和技术参数

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。

结束语

加装AM5SE型号低压变压器综合保护测控装置和ARB5灭弧保护装置能够减少电弧光给发电厂电气设备和运维人员带来的危害，且这两种保护在低压电厂当中的适用性比较强，能够灵活运用在各个场合当中，从而能够减少电厂中安装保护设备的工作量，而且还能够增加6kV发电厂用电系统的运行性，这对于发电厂来说是非常难得的。

电弧光在电气工作中是一种常见但危险的现象。安科瑞电气股份有限公司作为一家专注于电力监控与保护的公司，为了减少电弧光带来的危害，推出了电弧光保护系统。

电弧光保护系统是一种高效的防护装置，能够在电弧光出现时迅速切断电源，保护人员和设备的安全。该系统采用先进的电弧传感器，能够准确检测到电弧光的存在，并迅速启动切断装置，将电源切断。

电弧光保护系统可以有效降低电弧事故的发生率。据统计，电弧事故是电气工作中常见的事故类型之一。而电弧光保护系统的快速响应能力，可以在电弧光出现的瞬间切断电源，避免事故的发生。

电弧光保护系统能够减少电气设备的损坏。电弧光一旦发生，会产生高温、高能量，对周围设备造成严重烧毁甚至爆炸的风险。而电弧光保护系统的迅速切断电源可以有效降低这种风险，保护设备的完好。

此外，电弧光保护系统还可以减少人员受伤的可能性。电弧光的高温、高能量会对人体造成严重灼伤，甚至引发火灾和爆炸。而电弧光保护系统的快速切断电源，可以将人员暴露在危险区域的时间降至低，保护人员的安全。

借助于安科瑞电气股份有限公司研发的电弧光保护系统，我们能够减少电弧光带来的危害，保障人员和设备的安全。该系统的快速响应能力、有效降低事故发生率和保护设备完好的能力值得我们的xinlai。

购买安科瑞电弧光保护系统，让您的电气工作更加安全可靠。请联系安科瑞电气股份有限公司，了解更多关于电弧光保护系统的信息。

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审核编辑 黄宇