摘要：電氣拉弧是電力和工業企業經常會發生的故障，發生率高，危害性大，甚至造成人身傷亡、設備損毀，嚴重影響生產運行工作。文章分析了電弧光產生的原因及危害，介紹了目前現有低壓母線系統中常用的保護類型及不足，并系統地闡述了中低壓母線電弧光快速保護的原理及特點。

　　關鍵詞：中低壓母線電弧光,電氣拉弧,快速保護設計,低壓母線系統

　　一、概述

　　現代化工業的發展對供電的安全性和可靠性要求越來越高。對于輸電線路、發電機、電動機、變壓器、和饋線柜等電氣設備，母線在它們之間的橋梁作用越來越重要。目前在我國電力系統220kV及以上電壓等級的母線上，為滿足電力系統暫態穩定性的要求，一般均裝設有專門的快速母線保護裝置，母線故障可以有選擇地快速切除;110kV電壓等級的母線，視其重要性和復雜程度，選擇性裝設母線保護;而35kV及以下電壓等級的中低壓母線，無論其饋線多少，復雜程度如何，一般都不裝設專門的母線保護。但是中低壓、配電系統的安全穩定直接關系著電網的安全運行，直接影響著工業企業安全生產，通過對大量工業事故的分析，完備的中低壓保護系統是安全生產的有效保證;過去因多方面原因而被忽視的中低壓母線保護，越來越受到電力行業的關注和重視。

　　二、電弧光產生的原因及危害

　　母線絕緣子絕緣老化，斷路器、隔離開關的機械磨損和變壓器進出線中絕緣套管發生的閃絡、運行人員誤操作、小動物危害、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等因素，導致母線與變壓器、開關柜等一次重要設備發生相間或其他短路故障，故障電流在釋放過程中演變成具有巨大能量的電弧光。

　　電弧光的能量巨大，可嚴重燒損開關設備，引起火災，造成長時間、大面積的停電;除了經濟上的損失，還會造成人員傷亡。表1中列舉了一些電弧光對設備及人員的危害：

　　三、選用中低壓母線保護的必要性

　　通過表1可以明顯看出短路故障時產生的電孤光對人員及設備造成的危害，所以當中低壓母線發生故障時，選用適合于母線短路故障的保護方法，快速切除故障，避免事故發生，減小經濟損失已經引起越來越多運行人員的重視，其必要性主要體現有：

　　1.避免發生短路故障時產生的電孤光對人員及設備造成的極大傷害。

　　2.避免電孤光短路事故造成大范圍的停電及恢復供電時間延長。

　　3.從經濟角度考慮，由于短路時所產生的電弧光造成的損失遠高于中低壓母線保護裝置的投資。

　　四、現有中低壓母線保護類型及分析

　　1.變壓器后備過流保護方案。這是目前我國應用最廣泛的中低壓母線保護方案。由于考慮了與饋線和母線分段開關的配合，保護跳閘時間一般整定為1.0～1.4s，有的甚至更長。這一動作速度顯然不能滿足快速切除中低壓母線故障的要求。

　　2.饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護方案。這是今年來微機過流保護在中壓饋線的廣泛應用，國外提出的利用饋線過流元件閉鎖變電器過流保護的應用較為廣泛的過流閉鎖式保護方案。這一方案與變壓器后備過流保護方案相比，其動作速度有了一定提高，典型動作時間為300～400ms，但仍不滿足快速切除故障的要求。

　　3.采用環流原理的高阻抗母線保護方案。該種方案典型的保護動作時間為35～60ms，較上述兩種保護方案動作時間大大縮短，但此方法接線復雜，對CT要求高，安裝在有很多出現的380V～35kV母線上有很多困難，且經濟性不高;加之由于其保護范圍由于受到CT安裝位置的限制，其保護范圍有很大的局限性。

　　上述中低壓母線保護雖然在保護跳閘時間上有了很大的提高，但是從實際情況看，只有總的切除時間在85ms以內時，才能避免中低壓母線與電力一次設備短路時，電弧光對設備所造成的傷害。所以，應引入專用于中低壓母線保護方案。

　　五、中低壓母線電弧光快速保護原理及特點

　　1.中低壓母線電弧光快速保護原理。中低壓母線電弧光保護系統動作的主要依據是弧光，過電流。當同時檢測到弧光和電流增量時系統發出跳閘命令，快速、可靠地切除母線故障。系統由主單元、輔助擴展單元及弧光傳感器組成，原理如圖1、2所示：

　　圖1、2 中低壓母線電弧光快速保護原理示意圖

　　主單元—包含有過流檢測、弧光檢測，它通過檢測短路電流和來自電弧光傳感器的動作信息，并對收集的數據進行處理、判斷，在滿足跳閘條件時，發出跳閘命令以切除故障。此外，主單元可根據輔助裝置傳送來的弧光傳感器動作信息，提供弧光故障點的定位報警信息。

　　輔助擴展單元—包含有電流檢測和跳閘功能。在接收來自主單元的動作信息，在滿足跳閘條件時，發出跳閘命令，切除故障。另外，當系統發生弧光故障時，該單元收集來自弧光傳感器的動作信息并傳送給主單元，在主單元上顯示輔助擴展單元和弧光傳感器的地址編碼，有利于及時準確定位故障點，為檢修提供便利條件。

　　弧光傳感器—專用于母線保護的弧光傳感器安裝在開關柜的母線室內，它作為光感元件，將檢測在發生短路故障時產生的電弧光，并將光信號轉換成電流信號傳送給輔助擴展單元。

　　2.中低壓母線電弧光快速保護特點。

　　(1)通過檢測電弧光信號，整套母線的保護動作時間只有5～7ms;采用檢測弧光信號、過流雙判據原理，可實現保護的可靠動作;整套系統連續自檢，充分保證整套系統工作的安全性和可靠性。

　　(2)控制部分可顯示弧光發生點位置，方便快速地處理故障、恢復供電，從而達到故障點的精確定位。

　　(3)通過交換弧光、過流等信息，可適用于各種運行方式，實用性強，安裝靈活。

　　(4)擴展性強，可根據現場設備數量靈活增減輔助擴展單元和弧光傳感器的數量。今后系統改建或者擴容均不會影響弧光系統的運行。

　　六、弧光保護產品的重要性

　　現代工業的發展，對供電的安全性和可靠性要求越來越高。對于輸電線路、發電機、電動機、變壓器和饋線柜等電氣設備，母線在它們之間的橋梁作用越來越重要;目前在我國220KV以上電壓等級的母線上，為滿足電力系統暫態穩定性的要求，一般均裝沒有專門的快速母線保護裝置，母線故障可有選擇地快速切除，110KV電壓等級的母線，視其重要程度和復雜程度，有些裝設專門的母線保護，有的則不裝;而35KV一下電壓等級的中低壓母線，無論其出線條數多少、復雜程度如何，一般都不裝設專門的母線保護。但是中低壓變、配電系統的安全穩定直接關系著電網的安全運行，直接影響著工業企業安全生產，通過對大量工業事故的分析，完備的中低壓保護是安全生產的有效保證;過去因多主面原因而被忽視的中低壓母線保護，現在越來越受到電力行業的關注和重視。鑒于中低母線在配電系統中的重要地位，任何故障的延時切除，都將嚴重危及人身和設備安全，造成巨大的損失，所以對中亞母線的運行保護有充分理由予以重視。

　　同時，故障電弧具有發展迅速、不可預測、破壞力大、極易傳播的特點、電弧中心溫度超過一萬攝氏度，弧光的光強度可以超過正常的照明光強2000倍。因此，對故障電弧光早發現、早處理成為抑制電弧光發展的關鍵，只有最大限度縮短故障切除時間，才能夠使設備和人身安全得到最大限度的保護。下表列出弧光切除時間對設備的損害程度：

　　結束語：

　　電弧光保護系統改進了傳統母線保護的概念，在保證可靠性的同時極大的提高故障處理速度，可以有效解決短路故障弧光所造成的危害，減少設備維護及人員傷亡，提高電力系統的安全性及經濟效益。

　　在電力系統中，經常會有開關柜被燒毀的現象，造成了巨大的經濟損失;更嚴重的是，每年都會有多名電力工程師或電工被電弧擊傷，而如何更好地保證人身安全，保證供電系統的穩定可靠運行是至關重要的。如何快速檢測到事故發生時產生的弧光，通過對弧光判斷分析，快速切除故障，將會是解決上述問題的最好方法。因此中低壓母線電孤光快速保護系統必將得到更廣泛的推廣和應用。

　　參考文獻

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