弧光保护与基于网采网跳的智能变电站35kV及以下母线保护性能和应用比较

   近年来，电力系统屡次发生开关柜恶性事故，不仅造成电网设备的严重损坏，还造成了人员伤亡，事故原因大多由于中低压母线上的出线多，操作频繁，导体相间及相地间距离比较近，受小动物、设备制造质量、设备绝缘老化、运行条件和操作错误等因素影响而发生弧光短路。

    开光柜电弧光的特征及危害：开关柜发生内部弧光短路故障产生的短路功率可高达8-60MW，所产生的能量则主要与电弧的燃烧时间以及短路电流的平方值成正比。开关柜内部故障电弧燃烧产生的巨大能量所造成的故障效应包括压力效应、燃烧效应（热效应）、辐射和声响效应。如不及时切除将造成如下几个方面的重大损失。

1、中、低压开关柜在发生内部电弧故障时，电弧温度可达到10000度以上，燃烧的电弧将周围的空气加热，导致温度膨胀，并在开关柜内部产生巨大的压力使开关柜爆炸。

2、电弧将使电极材料熔化和蒸发，这些热量通过辐射形式使可燃材料着火，非可燃性材料分解。

3、开关柜的爆炸起火可能造成多组开关相继损坏的“火烧连营”的严重事故。

4、开关柜的爆炸，伴随电弧效应产生炙热的金属和非金属材料颗粒由柜体逸出，造成人身伤害。

5、电缆熔毁，电缆包裹层着火。

6、开关柜强烈震动引起固定元器件松脱。

7、发生弧光故障时产生明亮的弧光，还可能引起运维人员暂时性的失明或高温灼伤皮肤。

8、巨大的声响效应更可能引起休克和震伤耳膜等。

   电弧故障的危害程度取决于电弧电流及切除时间，以下是国外的资料介绍的各种燃弧时间下对设备造成的损坏程度：

1、35ms，没有显著的损坏，一般可在检验绝缘电阻后投入使用。

2、100ms，损坏较小，在开关柜再次投入运行需进行清洁或进行小的修理。

3、500ms，损坏很严重，在现场的人员也受到严重的伤害，必须更换损坏的设备后方能投入运行。

    变压器后备保护是目前贵州电网公司所辖110kV以下变电站应用最广泛的中、低压母线保护方案。由于考虑到与馈线和母线分段开关的配合，保护跳闸时间一般整定为0.5 - 1.7秒，有的甚至更长，达2.0秒以上。这一动作速度很显然是远远不能满足快速切除中、低压母线故障的要求。

    应用于高压系统的母差保护动作速度很快，可达到20-35ms，且保护逻辑成熟，检修试验方面已有健全的检验规范，运行维护简单、方便。然而，由于老的变电站建设时未考虑母差保护，在CT选型和绕组配备方面很多都不能满足加装母差保护的要求。母差保护保护范围受到CT安装位置的限制，有可能存在保护死区，且不能保护到发生故障几率较高的电缆室电缆接头处的故障。并且这种方式还存在接线复杂，对CT的要求高并且安装在10 ～35kV母线上有很多困难，也很不经济等问题。由于设计原因，变电站诸多间隔电流互感器已无多余的绕组可用。而且，本身中、低压系统出线都很多，加装母线保护需要考虑其电缆费用问题。所以，传统的母差保护不太适合中、低压母线保护应用的。目前，贵州电网公司数字化变电站新安装工程正紧锣密鼓的开展着，也让基于网采网跳的母差保护安装成为可能。各个数字化保护设备可以通过光纤将模拟量信息发至过程层交换机，通过VLAN配置与需要该保护装置信息的设备实现资源共享。这样只需加装一台母线保护装置就能解决上述问题，实现母线故障速动跳闸。此方案简单、可行、易操作，且投资额不大，技术成熟，有相关验收、检验标准及有多年的检修、运行经验作支撑，非常可靠。

    而弧光保护系统采用检测弧光和过流双判据原理，具有原理简单、动作可靠迅速、对变电站一次设备无特殊要求、适应于各种运行方式且在各种运行方式下保护不需要切换。

    电弧光保护由两部分组成：电弧光控制部分和弧光传感器。弧光传感器可放置在开关设备的任何位置（一般安装在母线室内），根据弧光传感器的实际物理位置可实现保护分区的功能，并在电弧光控制单元上显示故障发生的位置，此功能可以减少断电的处理时间，是快速恢复供电成为可能。电弧光保护提供了7ms的跳闸输出，总切除时间为80ms-100ms，且在开关设备外观上无明显损坏。弧光保护是近几年出现的新兴保护，虽然它也能够在母线故障时实现快速切除故障，但运行经验尚浅，可靠性有待验证。且南网层面还未出台相关的检验、验收规范指导现场运行、检修工作，无法对其进行预试定检工作，投资成本也高于基于网采网跳的母差保护。综合考量，要快速切除中、低压系统开关柜内母线范围故障，非数字化变电站和非网采模式的数字化变电站采用弧光保护为宜，网采网跳的数字化站还是采用加装母差保护为宜。