Light-eye 弧光保護(hù)系統(tǒng)

一、弧光知識簡介

       1. 電弧光發(fā)生的原因

電弧光發(fā)生的客觀原因                 電弧光發(fā)生的主觀原因

1）絕緣材料老化或材質(zhì)缺陷            1）誤入帶點(diǎn)間隔

2）載流回路不良                             2）隔離開關(guān)帶負(fù)荷操作

3）外來物體進(jìn)入                             3）維修工具在開關(guān)柜內(nèi)未帶走

4）系統(tǒng)諧振過電壓                          4）維修區(qū)域未做接地、驗(yàn)電等工作

   2. 電弧光的危害

1）弧光特性

開關(guān)柜內(nèi)的發(fā)生短路弧光的功率可高達(dá)100MW，電弧燃燒所產(chǎn)生的能量與電弧的燃燒時(shí)間及短路電流變化值呈指數(shù)倍增長。

2）電弧光的破壞力
        · 電弧溫度可達(dá)10000℃以上，將導(dǎo)致銅排（鋁排）熔毀、氣化，電纜燃燒
        · 過熱導(dǎo)致壓力上升，使開關(guān)設(shè)備易爆
        · 開關(guān)設(shè)備強(qiáng)烈振動，使固定元件松脫
        · 弧光發(fā)生時(shí)的高溫、強(qiáng)光及瞬間電離產(chǎn)生大量的有害氣體 ，會對現(xiàn)場工作人員的身體健康產(chǎn)生不利影響
        · 爆后產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波，會對現(xiàn)場工作人員的耳膜、臟腑造成損傷，嚴(yán)重時(shí)會危及工作人員的生命安全
        · 開關(guān)柜的電氣設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，致使電網(wǎng)大面積停電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失

   3. 弧光的抑制手段

弧光是由于高電壓電離了空氣而產(chǎn)生的，所以抑制弧光的主要辦法就是快速切斷電壓，而且是在弧光發(fā)生的初期就快速切斷其電能供應(yīng)，使其失去能量供應(yīng)而自動熄滅。   

   4. 我國中低壓母線系統(tǒng)保護(hù)的現(xiàn)狀

1）變壓器后備過流保護(hù)方案
      這是目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的中壓母線保護(hù)方案。由于考慮到與饋線和母線分段開關(guān)的配合，保護(hù)跳閘時(shí)間一般整定為1.0 - 1.4秒，有的甚至更長，達(dá)2.0秒以上。這一動作速度很顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足快速切除中壓母線故障要求的。

2）饋線過流保護(hù)閉鎖變壓器過流保護(hù)方案
      這是近年來微機(jī)過流保護(hù)在中壓饋線的廣泛應(yīng)用，國外提出的利用饋線過流元件閉鎖變壓器過流保護(hù)，應(yīng)用較為廣泛的過流閉鎖式保護(hù)方案。這一方案與變壓器后備過流保護(hù)方案相比其動作速度有了一定的提高，典型動作時(shí)間為300 - 400ms。但對于要求100ms以內(nèi)切除故障顯然也是不能滿足要求。

3）采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護(hù)方案
      這是國外某些重要項(xiàng)目曾采用的專用電流差動中壓母線保護(hù)方案，典型的保護(hù)動作時(shí) 間為35-60ms?？紤]到斷路器的分閘時(shí)間，這一動作速度對要求100ms 以內(nèi)切除故障來說也嫌慢。而且，采用這種方案的接線復(fù)雜，對CT的要求高，安裝在有很多出線的6-35kV母線上有很多困難，也很不經(jīng)濟(jì)。此外，由于其保護(hù)范圍由于受到CT安裝位置的限制，不能保護(hù)到發(fā)生故障幾率較高的電纜室電纜接頭處的故障。因此也不適合中壓母線保護(hù)應(yīng)用。
      總結(jié)：
      上述保護(hù)措施均有致命的弱點(diǎn)就是動作時(shí)間太慢，根據(jù)IEC298標(biāo)準(zhǔn)附錄AA中規(guī)定的內(nèi)部燃弧時(shí)間是100ms，保護(hù)裝置動作時(shí)間小于10ms，才能有效的保護(hù)器件，否則會產(chǎn)生不可修復(fù)的損壞，從而延長故障修復(fù)時(shí)間。

二、Light-eye弧光保護(hù)系統(tǒng)

   1.Light-eye的保護(hù)原理

       弧光保護(hù)系統(tǒng)判斷弧光故障產(chǎn)生時(shí)的兩個(gè)物理量:弧光和電流。經(jīng)研究，弧光在發(fā)生的初期是跳躍式增大的，導(dǎo)致電流也是跳躍式的增大，所以弧光保護(hù)的跳閘判據(jù)為“弧光和電流增量”，且同時(shí)出現(xiàn)。

   2.Light-eye弧光保護(hù)系統(tǒng)組成

       Light-eye弧光保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)模塊化系統(tǒng)，包括：主控單元、采集單元、弧光傳感器。

 1）主控單元
       主控單元是母線型弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心。它負(fù)責(zé)輸入量的采集、測量、計(jì)算及邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種保護(hù)，并且與監(jiān)測主站系統(tǒng)通訊，上傳相關(guān)的信號。 在滿足報(bào)警條件時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，在滿足跳閘條件時(shí)，發(fā)出跳閘指令以切除故障。

 2）采集單元
       采集單元是Light-eye弧光保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分,主要用于弧光傳感器的數(shù)量擴(kuò)展，與主控單元配合使用。通過光纜向主控單元提供跳閘信號和故障時(shí)刻采集的數(shù)據(jù)。

       3）弧光傳感器
       傳感器是無源的弧光探測傳感器，通過光纖與主控單元或采集單元連接，安全系數(shù)高。它的作用是將故障弧光傳給主控單元或采集單元。

   3.Light-eye的特點(diǎn)

1）動作迅速可靠：采用了可靠的快速算法，可以在短時(shí)間內(nèi)判斷弧光變化信號和電流變化信號并迅速出口，從發(fā)現(xiàn)故障到出口跳閘時(shí)間間隔優(yōu)于7ms，確保開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的弧光在100ms以內(nèi)切除。
       2）全數(shù)字化設(shè)計(jì)：裝置采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)，配置靈活，動作精度高。
       3）保護(hù)原理簡單、合理：根據(jù)弧光產(chǎn)生時(shí)的特點(diǎn)，裝置采用弧光和電流雙重判據(jù)，判據(jù)簡單且可以有效的保證動作的準(zhǔn)確性。
       4）強(qiáng)大的電氣性能：故障弧光探頭、連接線均采用耐高溫、阻燃的高分子材料，具有較好的電氣隔離效果。裝置完全滿足EMC的標(biāo)準(zhǔn)，保證了弧光保護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和動作的可靠性。
       5）故障信息記錄周全：在故障弧光發(fā)生并引起裝置跳閘后，主控單元或饋線保護(hù)單元可以準(zhǔn)確的記錄是哪個(gè)弧光探頭檢測到了故障弧光，且可以詳細(xì)記錄動作時(shí)刻的三相電流值以及動作時(shí)刻的故障弧光光強(qiáng)。
       6）多種輔助保護(hù)功能：主控單元不但有弧光保護(hù)，還有過流保護(hù)，接地保護(hù)、斷路器失靈等輔助保護(hù)，這些保護(hù)是弧光保護(hù)的合理配置和有效補(bǔ)充。

三、Light-eye弧光保護(hù)系統(tǒng)分類應(yīng)用

   1.母線弧光保護(hù)系統(tǒng)
       母線弧光保護(hù)主要是保護(hù)中低壓開關(guān)柜的母線及饋線電流互感器以上部分，主要由主控單元、采集單元、弧光傳感器等組成。
   2.饋線弧光保護(hù)系統(tǒng)
      饋線弧光保護(hù)系統(tǒng)主要保護(hù)饋線柜中電流互感器以下部分，包括斷路器觸頭、斷路器接線端子、電纜出線孔等易發(fā)生弧光的區(qū)域，主要由主控單元、弧光傳感器組成。
   3.箱式變電站弧光保護(hù)系統(tǒng)
      箱式變電站是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由高壓柜、變壓器、低壓柜等部分組成。它的弧光保護(hù)系統(tǒng)要分高壓部分和低壓部分；由主控單元、采集單元、弧光傳感器組成。