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DPR360ARC 母線短路保護
電弧光產(chǎn)生原因及其危害
由于中低壓系統(tǒng)容量增大、電纜應用增多、系統(tǒng)諧振過電壓、絕緣故障、載流回路不良以及人為操作錯誤等各種原因，常常引起開關柜弧光短路故障。開關設備內(nèi)部故障產(chǎn)生的電弧光造成開關設備中的壓力和溫度迅速增加，電弧光中心溫度約為20000℃，約為太陽表面溫度的3~4倍，如不能及時切除，電弧可將開關柜內(nèi)的器件點燃，引起火災，大面積燒毀配電設備，甚至破壞站內(nèi)直流系統(tǒng)，造成嚴重的損失和重大人身傷亡事故。
電弧光故障的危害程度取決于電弧光電流及切除時間，電弧光產(chǎn)生的能量與時間成指數(shù)規(guī)律快速上升。電弧燃燒持續(xù)時間超過100ms，所釋放的能量開始急劇增加，接著各種故障效應對開關設備的電纜、銅排以及鋼材造成嚴重損壞。但是，目前中低壓母線保護所普遍采用的變壓器后備過流保護長達1.0~2.0s的動作時間，采用饋線速度保護閉鎖的后備過流保護，典型動作時間為300ms~500ms，保護動作、跳開斷路器時，事故現(xiàn)場的開關柜往往已燒得面目全非，國標中規(guī)定II、III類變壓器動作穩(wěn)定時間為0.25s，中低壓母線故障切除時間往往遠遠超過0.25s，變壓器承受近距離短路故障沖擊，故障電流產(chǎn)生的點動力可能導致變壓器繞組變形，往往需要更換繞組，造成嚴重的后果和損失。
目前國內(nèi)用于中、低壓母線的保護及其局限性：
● 變壓器后備過流保護,典型的保護動作時間1.2s～2.0s;
● 采用饋線速斷保護閉鎖的變壓器后備過流保護，典型的保護動作時間為300ms～500ms;
● 高阻抗母線差動保護，典型的保護動作時間為30ms～50ms。
變壓器后備過流保護動作時間過長，不能起到有效的保護作用，高阻抗母線差動保護范圍受CT安裝位置的限制，接線復雜，CT要求高，且總體造價昂貴。
選用DPR360ARC母線短路保護系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下目標：
1）減少或降低電弧光對于人體的傷害;
2）減少或降低電弧光短路故障對于設備的損害;
3）避免變壓器因近距離母線故障造成動穩(wěn)定破壞，延長變壓器的使用壽命;
4）縮短電弧光故障切除時間，避免波及站內(nèi)直流系統(tǒng)造成重大損失;
5）減少因電弧光故障造成設備停運的時間，更快地恢復供電。
母線短路保護系統(tǒng)解決方案
針對上述難題，合肥凱正電氣技術有限公司開發(fā)了國內(nèi)第一套中低壓母線及開關柜內(nèi)部故障快速保護系統(tǒng)—DPR360ARC母線短路保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)以我公司自行研制的弧光檢測探頭為核心技術，結(jié)合電流檢測形成光檢測和電檢測的雙判據(jù)原理，通過弧光采集、快速數(shù)據(jù)傳輸、光纖通信、大規(guī)模硬件編程等關鍵技術準確檢測電弧光型號，選用快速繼電器出口跳閘時間小于4ms，遠快于傳統(tǒng)的母線保護，對開關柜的內(nèi)部弧光故障總切除時間可以控制100ms以內(nèi)，實現(xiàn)中低壓母線的快速保護。
系統(tǒng)構成示意圖
系統(tǒng)原理說明
母線短路保護系統(tǒng)典型應用示例圖開關柜內(nèi)部故障快速保護以母線保護光檢測和故障定位為核心技術，在開關柜母線室、開關室及電纜室分別設置母線光檢測點，定位故障發(fā)生部位，在饋出開關斷路器一下部分發(fā)生故障時由本開關跳閘切除故障，實現(xiàn)無死區(qū)的開關柜內(nèi)部故障快速保護。
開關柜內(nèi)部故障快速保護解決方案
傳統(tǒng)的母線保護采用電流突變和電弧光與門判斷實現(xiàn)母線保護，僅能反應開關母線室故障，對開關柜內(nèi)部易發(fā)生故障的開關室、電纜室不能提供保護。
開關柜內(nèi)部故障快速保護以母線保護光檢測和故障定位為核心技術，在開關柜母線室、開關室及電纜室分別設置母線光檢測點，定位故障發(fā)生部位，在饋出開關斷路器一下部分發(fā)生故障時由本開關跳閘切除故障，實現(xiàn)無死區(qū)的開關柜內(nèi)部故障快速保護。
系統(tǒng)原理說明
系統(tǒng)適用于封閉式開關柜，可以實現(xiàn)開關柜母線室、開關室及電纜室有選擇性母線保護。
開關與饋線開關母線室，母線上其他間隔(PT柜、隔離柜等)屬于母線范疇，每個間隔安裝弧光傳感器，直接或通過擴展器接入主控單元，如下圖中母線室S1弧光傳感器安裝所示。
每個饋線單元及母聯(lián)開關室配置一個弧光繼電器，開關室及電纜室分別安裝弧光傳感器，接入弧光繼電器，如下圖開關室S2、電纜室S3弧光傳感器安裝所示。
主控單元直接或通過電流單元跳變低、分段開關，弧光繼電器直跳本單元開關。變低、分段開關CT直接或通過電流單元接入主控單元。
以母線為區(qū)域劃分邏輯，母線配置的弧光傳感器直接接入主控單元，若故障發(fā)生在d1位置，故障處于母線保護范疇范圍，母線室弧光傳感器S1監(jiān)測到弧光動作，并且電流判據(jù)滿足，則主控單元根據(jù)整定的邏輯速跳主變低壓車開關，分段開關。
弧光繼電器與主控單元之間通過光纖雙向通信，由主控單元根據(jù)運行方式不同將變壓器或母聯(lián)電流動作狀態(tài)發(fā)送至弧光繼電器，若故障發(fā)生在d2,d3位置，故障處于饋出開關保護范圍，當弧光繼電器監(jiān)測到開關室弧光傳感器S2或電纜室弧光傳感器S3發(fā)生弧光，并且電流判據(jù)滿足的情況下，直接跳本開關，在開關跳閘同時弧光繼電器發(fā)送故障信號(失靈信號)至弧光主控單元。
若故障發(fā)生在d4位置，故障處于斷路器上觸頭位置，弧光繼電器監(jiān)測到開關室弧光傳感器S2動作后跳本開關斷路器不能夠切除故障，若主控單元收到弧光繼電器已動作信號，在經(jīng)過50~150ms(可整定)后，若弧光繼電器所屬區(qū)域電源點相電流或負序電流判據(jù)滿足，則主控單元根據(jù)整定的邏輯跳變低壓側(cè)開關、分段開關，起到失靈保護作用。
通過主控單元和弧光繼電器的配合實現(xiàn)開關柜內(nèi)故障快速保護，整個開關柜內(nèi)部故障無保護死區(qū)，并能夠選擇性的切除故障，縮小系統(tǒng)停電范圍。
主控單元端子接線圖
1）本地采樣模式
