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造成中压开关柜内出现电弧故障的因素


  母线弧光保护装置又名弧光保护、母线弧光保护。下文中我们将介绍何为母线弧光保护装置及10kV母线弧光保护系统是什么(即中压母线加装弧光保护系统的必要性)?

  发电厂的厂用电 6一35kV系统的稳定与安全运行对机组的运行状况具有极其重大的影响,因此,中压母线故障对电力系统安全运行的影响也越来越大。中压母线发生故障时产生的电弧光会对设备及人员造成极大的伤害,有时甚至引发连锁事故。但是,按照我国现行的继电保护设计标准,在中压母线系统一般不配置专用的快速母线保护,而是依靠上一级元件的后备过流保护来切除母线短路故障,导致了故障切除时间延长,加大了设备的损伤程度。这些事故如果处理不当还会发展为输电网故障,严重危害整个电力系统的安全运行。因此,迫切需要采用一种专用的中压母线保护系统,以快速切除中压母线故障,保证电力系统的安全运行。

  本文重点阐述发电厂厂用中压系统母线设置电弧光保护装置的必要性以及电弧光保护的具体应用等问题。

  一、中压母线故障发生的原因及危害

  中压母线发生故障的直接表现形式是电弧光放电燃烧。在开关柜中,中压母线发生故障时产生的电弧光快速释放能量使压力和温度迅速增加,电弧一旦形成,周围的空气就立刻电离,产生强大的爆炸性压力和高温,如不及时切除,对设备和人员将造成巨大的危害。

  造成中压开关柜内出现电弧故障的因素很多。在设备质量方面,有些开关柜结构设计不合理,制造质量不佳,运行后绝缘老化和机械磨损,设备绝缘水平下降,都会造成短路故障在电厂运行维护方面,如果在高温、潮湿、污秽、化学侵蚀等恶劣环境条件下运行,绝缘材料易受潮,设备绝缘表面会产生凝露和附着污秽,出现绝缘故障,造成短路故障。在电厂的检修维护过程中,操作不当,比如误人带电间隔、隔离开关误操作、忘记在工作区接地、忘记测量工作区内的电压,检修时物件遗漏在开关柜内等人为失误,都会引发故障。再者,如果开关柜的封堵不够严密,一些小动物(如小老鼠)进人,也可能引发故障。此外,随着电力系统的发展,电网结构改变,系统容量增大,电缆应用增多,也加大了发生故障的可能性。

  二、现有的中压母线保护及其局限性中压母线发生故障时,其危害程度取决于电弧电流及切除时间,故障切除越快越好。开关柜内部燃弧时间是重要的故障产生破坏程度指标。根据有关资料介绍,各种燃弧时间对设备造成的破坏作用:35ms.一没有显著的损坏,一般可以在检验绝缘电阻后投人使用;100ms.一损坏较小,在开关柜再次投人运行以前需要进行清洁或进行小的修理;500ms—设备损坏很严重,在现场的人员也会受到严重的伤害,必须更换部分设备后再投人运行。

  通过加强、改善开关柜的结构来提高开关柜的燃弧耐受时间,在一定程度上能减轻故障的破坏程度,但采用这种方式需要增加很大的设备费用。目前,市场上的开关柜基本上是按照 IEC298标准生产的,其内部燃弧耐受时间为100ms。根据相关资料显示,如果内部燃弧耐受时间提高到200ms,成本增加10%,如果内部燃弧耐受时间提高到1s,成本增加100%。这种方法在工程的实际应用中并不实用。因此,只能通过采取有效的母线保护措施来主动防止开关设备的损坏以及故障的进一步扩大。

  三、我国现行的继电保护和安全自动装置技术规程,并没有专门要求设置专用的厂用中压母线保护。根据参考各方面的资料发现,很多电厂在设计的时候,主要采用了以下几种保护方案。

  1、变压器后备过流保护。这是目前国内应用比较广泛的中压母线保护方案。典型的保护动作时间一般为1.2 - 1.4s ,这一动作速度远远不能满足快速切除中压母线故障的要求。

  2、馈线速断保护闭锁变压器后备过流保护。典型动作时间为300-400ms,也不能满足在100ms以内切除故障的

  3、高阻抗母线保护。高阻抗母线保护典型的保护动作时间为35一60ms,但保护范围受到CT安装的限制,不能切除发生故障几率较高的电缆室电缆接头处的故障。

  母线保护切除故障的时间需要在开关柜耐受燃弧时间(100s)以内,才能有效限制电弧光故障对开关设备的损坏,阻断故障发展的可能性。由于上述几种常用的保护方案都存在一定的局限性,很有必要采用专门的快速母线保护,切除故障以限制故障电弧的持续时间,消除电弧光带来的各种负面效应,减少对设备和人员的危害。

  四、电弧光母线保护系统

  电弧光保护作为一种针对中低压母线系统保护特点开发的中低压母线保护系统,具有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等优点,提供了一个理想的中低压母线保护解决方案。

  电弧光保护原理及特点

  电弧光保护动作的判据为故障产生时的弧光及过流。发生故障时,检测开关柜内,当同时检测到弧光和过电流时发出跳闸命令。

  电弧光保护系统具有明显的优点:

  (1)原理简单,采用检测电弧光,结合过流闭锁,双判据原理。

  (2)保护动作快速可靠,保护动作时间在7ms以内,包括断路器分闸的总故障切除时间可保证在100ms以内,根据AZ-EAP智能弧光保护装置产品说明中提供的电弧光保护与过流保护时间对照表,电弧光保护的动作时间远远小于一般过流继电器的动作时间。双判据增加了可靠性,只有弧光和过流同时满足时,才会有跳闸出口指令发出,避免了误动的发生。

  (3)具备故障定位功能。每个开关柜的母线室(或断路器室)都安装独立的弧光传感器,任何一个母线室发生故障,都能快速准确定位,便于及时对事故进行处理和分析。

  (4)配备了断路器失灵保护,在主断路器拒动时发出跳闸指令跳上一级断路器,提高保护系统的安全性。

  (5)配置灵活,适应性强。通过弧光传感器实现对保护分区的覆盖,交换弧光和过流动作信息,可向各段母线提供有选择性的保护,适用于各种运行方式,且在各种运行方式下的保护不需切换。

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