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浅谈电弧光保护在6kv厂用系统母线保护的应用


摘要:传统的中、低压母线保护方案不能快速有效的抑制弧光造成的对人员和设备的危害。全新BS622的运用为中、低压母线提供了快速、安全的弧光保护。运用反时限弧光检测和高速过流检测双重判据为其安全和快速跳闸提供了保证。 

关键词:电弧光;系统母线;应用 

  随着电力工业的发展,中、低压开关柜的应用数量越来越多,其负荷越来越大,由于开关柜柜内弧光短路故障引发的中、低压母线故障也日益增多。电弧光对变电站运行人员以及变电站内设备构成了越来越严重的威胁。 
  1 传统中、低压母线保护方案 
  1.1 变压器后备过流保护方案 
  目前应用最广泛的中低压母线保护方案是要躲过出线的延时过电流保护的延时时间,故变压器后备保护延时跳闸时间一般整定为 1.2-2.0S。例如,变低后备保护:复压闭锁过流的时间为1.4S。显然这样的配置不能满足快速切除中、低压母线故障的要求。 
  1.2 快速母线跳闸保护方案 
  快速母线跳闸保护方案又称馈线过流元件闭锁进线过流保护方案这是近年来利用微机过流保护实现的中低压母线保护方案。在这个方案中,馈线继电器和进线关继电器之间通过通讯来传递信息,但保护动作时间为300-400ms,仍不能满足100ms以内快速切除弧光短路故障的要求。 
  1.3 高阻抗母线差动保护方案 
  一些重要工程曾采用的专用中压母线保护方案,保护动作时间一般为35-60ms。这种方案是通过接入专用的高阻抗来区别去内和区外故障。此方案安全可靠但这种方案接线复杂、对CT的要求高,安装在6kv-35kv母线上有很多困难,此也不适合中压母线保护应用。 
  1.4 采用电流差动保护方案 
  保护动作时间一般为20ms。这种方案接线复杂、要求专用CT,安装在6kv-35kv开关柜内有困难,也很不经济,这是其一;其二,大型电厂和企业的一段开关柜的数量往往超过母差保护装置的回路数,因此也不适合中、低压母线保护应用。 
  综上所述,现有的开关柜柜内母线保护方案显然不能满足快速切除开关柜柜内的电弧故障和保护覆盖范围要求的。因此,需要一种新型的保护系统,以解决中、低压母线发生故障几率较高、延迟切除故障导致故障扩大,从而造成巨大的经济损失问题。BS622分布式弧光保护装置可以满足以上要求。 
  2 BS622系统的组成及原理 
  传统弧光保护多为专用集中式系统,而BS622采用分布式弧光保护设计思想,将弧光保护的模块植入了普通馈线保护装置中,可选择订货,使用更加方便快捷,减少设计环节,无论是对于老站改造还是新站建设都减少了安装成本和施工难度。BS622弧光保护保护范围从“母线仓+断路器仓+电缆仓”也是保护功能最全的弧光保护装置,每个开关柜中的任何一个间隔内的弧光保护都配置独立的弧光保护。用BS622构成的分布式弧光保护系统,在理论上这种分布式弧光保护系统的扩展不受限制。光纤环和点探测器相结合能100%覆盖所有可能发生弧光故障的地方。 
  BS622采用(电弧光+超高速过电流保护)的双重判据原理,弧光保护的动作最可靠、最安全、最快速。间隔保护与ADF二者构成最经济的保护方案,每个馈线间隔的保护、测控等功能分别由各自的BS622保护装置兼任。弧光传感器+光纤监测弧光信号(响应时间<1.5ms)辅以超高速过电流判据(响应时间<3.1ms)快速继电器出口动作时间(50微秒)普通继电器出口动作时间(<8ms);可以通过IEC-61850GOOSE信息传输(<1ms),加上断路器的全分闸时间:35-60ms;弧光切除总时间(计及断路器)在40~72ms之间,是目前速度最快的电弧光保护系统。 
  3 弧光保护在电厂6kv厂用系统的应用 
  3.1 情况概述 
  电厂6kv厂用电部分的基本情况如下:6kv厂用系统共四段母线,每段母线上有来自高厂变及起备变的进线各1回。6kv母线按照国家现行的设计标准并不要求强制装设母线保护,母线侧故障由进线的过流保护完成,所以若母线发生弧光等严重故障,现有的保护配置方案无法做到及时切除故障。 
  3.2 弧光保护配置建议 
  本次设计弧光保护主要考虑保护6kv母线及各开关上手车与母线接触部分。根据前文描述,若考虑配置BS622继电保护装置,除了可以完成常规各间隔的继电保护及监控功能,还能通过设置弧光传感器完成对母线的电弧光保护。 
  本次设计方案采用进线开关单元和馈线单元组成整体弧光保护系统。通过馈线弧光结合进线过流的逻辑组合,共同达到母线的保护配合。其特点是,设计简单,工程实施难度低,与传统6kv开光柜机及二次设备设计只要稍作调整来考虑额外增加的弧光保护部分:如每个间隔增加的一根弧光探头和一对出口回路。不用额外开孔,接线简单,节约了开光柜内有限的二次设备安装空间,维护工作量也大大减小。 
  BS622还可以进行各种灵活的配置,以满足变电站内的各种要求。装置本身在循环自检弧光通道,如果光纤有问题可以有告警灯提示运行人员。可将各馈线间隔弧光的各种信号做在面板上以文字和指示灯的形式提示运行人员现场装置弧光元件运行情况,并通过IEC61850通讯上送到站内SCADA系统中。全站通过GPS对时,保护装置传输的SOE准确性得到保证。如果弧光保护动作,运行人员可在远方或在调度看到保护动作的信息,可初步判断出具体是那个间隔诱发弧光保护动作跳闸。  
  此外,馈线间隔中的BS622还兼顾着本间隔的常规保护功能,在本站中,出线间隔配置了三段过流保护,两段重合闸,后加速,低周减载,过负荷告警,PT断线告警等功能。各保护元件之间相互独立,逻辑、出口等整定灵活,且可以相互独立配置。 
  3.3 方案的改进 
  3.3.1 保护范围 
  在本方案中,弧光保护质保护了母线及母线侧刀闸,而开关室,电缆头室都没有被纳入保护的范围。每台BS622最大可以安装三组探头,可以增加光纤探头,安装与电缆头室和开关室,这样10kv开关全部都将纳入被保护范围。整个母线也可用裸光纤代替点光纤达到全部覆盖,只是施工难度比较大。 
  3.3.2 跳闸速度 
  目前此方案是通过普通遥信来传递下面馈线间隔弧光动作信息,如采用裸光纤来探测母线室,将光信息直接采入进线间隔,这样还可进一步缩短跳闸反应时间。 
  4 结束语

  加装BS622弧光保护系统比传统的最快跳闸方案减少了近30%的跳闸时间。BS622完善的保护、测控功能和通讯功能使其能更加灵活的运用于各种场合,同时减少了二次电缆及安装的施工量。BS622的运用增加了电厂6kv厂用电系统母线的安全可靠性,降低了可能的弧光对人员设备可能造成的伤害,另一方面对于运行和维护的成本并没有明显的增加。BS622为用户提供了一个理想的保护方案。 


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