1、变电站变电站/配电室弧光保护的必要性配电室弧光保护的必要性 Sepam系列系列Micom系列系列VAMP系列系列施耐德电气电网保护解决方案施耐德电气电网保护解决方案施耐德电气电力保护产品施耐德电气电力保护产品Part1.弧光小知识弧光小知识Part2.弧光保护研发起源Part3.施耐德电气产品Part4.安装推荐方案弧光产生弧光产生l弧光的产生人为原因l误入带电间隔 l隔离开关误操作 l忘记在工作区接地 l忘记测量工作区内的电压l弧光的产生技术原因l设备故障和带电设备的误操作 l设备正常检修后，遗漏工具在开关设备内 l错误的接线和母线连接 l绝缘老化和机械磨损、过电压l小动物（尤其是老鼠）、灰
2、尘、温度、湿度、腐蚀、等环境因素。l容性接地电流扩大l开关柜在运行中发生的大量电弧光故障事故，多是由于环境条件的影响，使绝缘材料受潮，设备绝缘表面产生凝露和附着污秽，因而设备绝缘水平下降造成事故。Ph1Ph2Ph3Earth 单相对地短路单相对地短路-80%of casesPh1Ph2Ph3Earth 三相短路三相短路-5%of casesPh1Ph2Ph3Earth 相间短路相间短路Ph1Ph2Ph3Earth 两相对地短路两相对地短路电网故障分类电网故障分类l弧光的参数l 空气弧光产生时候最大的瞬时功率可以达 40 MW l内部温度可以升至 10 000-20 000Cl弧光产生时和结束时
3、的温度可以达到 4 500C，中压范围内 l弧光的最大电压可达 500-1 000 V l弧光的光强可以超过正常的照明光强 2000 倍 l有效降低故障危害是弧光保护系统必须解决的问题，而解决问题的关键在于尽快切断电源，熄灭电弧弧光小知识弧光小知识弧光都在毫秒时间级别发生消失弧光都在毫秒时间级别发生消失.释放的能量却很惊人释放的能量却很惊人 I x t.0 100 200 400 msCable fireCopper fireSteel fireIt,kA sTotal breaking timewith arc protection7+(35.80)msSource:Empirical da
4、ta from switchgear manufacturers弧光巨大破坏性弧光巨大破坏性l电弧温度相当太阳温度的2倍，大约为10000，由于过热将导致铜排、铝排熔毁，气化；l电缆熔毁，电缆包覆层的着火；l过热导致压力上升，使开关设备爆炸；l开关设备强烈振动，使固定元件松脱；l高温烧灼皮肤，强光刺伤眼睛；l产生大量的有害气体，伤害呼吸系统；l爆破音震损耳膜、肺脏；l碎片飞射，造成人员伤害，甚至死亡。电弧故障的危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升。只有总切除时间小于85ms，才能使设备不遭受损害，总切除时间大于100ms，将会对设备造成不同程度的损害。弧光
5、巨大破坏性弧光巨大破坏性l案例一案例一l2003年7月21日，北京北土城站10kV5号母线发生单相接地，在查找故障线路的操作过程中，把5号母线单相接地故障接到了3号母线上，引起211开关爆炸，并造成一台进口全密封110kV、31.5MVA主变压器因出口短路而损坏。l案例二案例二l2006年4月，广东某供电局在一变电站进行检修对某10kV出线进行切换操作时，由于违章操作和开关柜内联锁功能失效，在带负荷拉开该带电线路的线路侧刀闸时产生弧光短路故障，故障电弧效应将该线路柜后门冲开，将拿地线到停电线路柜后面的一位检修人员灼伤。l案例三案例三l2007年9月，河南某供电局在220KV变电站在进行检修时，
6、配电房进线柜内部故障发生爆炸，在附近的6名工作人员被电弧火球烧伤，配电房外一变压器因短路烧毁，变电站停电，事故造成该市部分地区大面积停电1小时。l案例四案例四l2000年6月，湖北某电厂由于B磨开关中B相真空灭弧室破裂对合闸线圈放电，开关柜烧毁。高电压窜入220V直流系统，220V动力回路电源保险熔断；而开关二次插件端子的击穿又将高压引入直流110V系统，110V控制回路电源保险炸毁，最后导致发变组保护C屏的出口插件烧毁而引起停机。事故造成直接损失13万元，少发电5025万kWh。电弧光故障实例电弧光故障实例弧光危害弧光危害弧光危害弧光危害 中压柜中压柜弧光危害弧光危害 低压柜低压柜弧光危害弧
7、光危害 断路器小室断路器小室弧光危害弧光危害 断路器断路器施耐德电气电力保护产品施耐德电气电力保护产品Part1.弧光小知识Part2.弧光保护研发起源弧光保护研发起源Part3.施耐德电气产品Part4.安装推荐方案l电弧故障的危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升。只有总切除时间小于85ms，才能使设备不遭受损害，总切除时间大于100ms，将会对设备造成不同程度的损害。（备注；IEC298交流金属封闭开关设备和控制设备规定）l国内中低压母线常用的保护l变压器后备过流保护（典型的保护动作时间为1.2s1.4s）l采用馈线速断保护闭锁的变压器后备过流保护(典
8、型的保护动作时间为300ms400ms)l高阻抗保护(典型的保护动作时间为35ms60ms)l和两种保护对总切除时间小于100ms的要求来讲，时间太长；l而保护的保护范围受CT安装位置的限制，且价格昂贵。国内目前用于中、低压母线的保护现状国内目前用于中、低压母线的保护现状IpreIpostIfault 采样 15-30 ms 接点闭合 5 ms 整定延时 30-350 ms 断路器分闸 50-80 ms整体故障切除时间整体故障切除时间:-出线 15+5+30+80=130 ms+AR-进线 15+5+350+80=450 ms 备注；以阻抗接地系统分析-即接地跳闸时间很即接地跳闸时间很短短50
9、/51,50/51N50/51,50/51N50/51,50/51N50/51,50/51N87传统过电流型保护和级差配合传统过电流型保护和级差配合 弧光信息 1ms 过流判据 1ms 接点闭合 5 ms 断路器分闸 50-80 ms整体故障切除时间整体故障切除时间:-出线 1+1+5+80=87ms-进线 1+1+5+80=87ms备注；以阻抗接地系统分析Overcurrent setting 50/51,50/51N50/51,50/51N50/51,50/51N50/51,50/51N87masterslave弧光非电量型保护和级差配合弧光非电量型保护和级差配合原理原理 电弧光保护主要动
10、作依据为故障产生的两个不同因素：弧光及电流增量。当同时检测到弧光和电流增量时发出跳闸命令。电弧光保护由三部分组成：电弧光保护主单元、电弧光保护辅助单元和弧光传感器。弧光传感器可放置在开关设备的任何位置，根据弧光传感器的实际物理位置可实现保护分区的功能，并在电弧光保护主单元上显示故障发生的位置，此功能可减少断电的处理时间，使快速恢复供电成为可能。弧光保护动作原理弧光保护动作原理l主单元主单元 l主单元包含有电流检测和断路器失灵保护，它通过检测短路电流和来自电弧光传感器的动作信息，并对收集的数据进行处理、判断，在满足跳闸条件时，发出跳闸命令以切除故障。在进线断路器不能切除故障时，它将启动断路器失灵
11、保护逻辑，发出跳闸命令给上级断路器来切除故障。此外，主单元根据辅助单元传送来的弧光传感器动作信息和温度传感器测量的温度，提供弧光故障点的定位和温度报警信息。l辅助单元辅助单元l当系统发生弧光故障时，辅助单元收集来自电弧光传感器的动作信息并传送给主单元，在主单元上显示辅助单元和弧光传感器的地址编号，有利于及时准确故障定位开关柜，为检修提供信息。l电弧光传感器电弧光传感器 l专用于母线保护的弧光传感器安装在开关柜的母线室内，它作为光感应元件，将检测在发生弧光故障中突然增加的光强，并将光信号转换成电流信号传送给辅助单元。弧光保护系统组成部分弧光保护系统组成部分l原理简单：通过检测电弧光，结合过流闭锁
12、，l结构简单；配置灵括、适应性强：l动作迅速可靠：通过检测电弧光信号，整套母线的保护动作时间可达57ms l故障点定位：控制部分可显示弧光发生点位置，方便快速处理故障、恢复供电。l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。l总结l电弧光保护改进了传统母线保护的概念，提高故障处理速度，可以有效解决短路故障弧光所造成的危害，减少设备维护及人员伤亡，提高电力系统的安全及经济效益。电弧光保护的特点电弧光保护的特点测试参数为50 kA短路持续500 ms.在原边架设铜排，并用18平方铜线短接.将50,000 A电流施加于回路上.弧光保护测试弧光保护测试1经过经过5
13、0kA短路电流短路电流500ms实验后，断路器小室结构发生损坏实验后，断路器小室结构发生损坏.注意此时铜排已经出现熔融开始蒸发注意此时铜排已经出现熔融开始蒸发.也要注意此时母排内部也出现裂纹和熔融也要注意此时母排内部也出现裂纹和熔融.弧光保护测试弧光保护测试2（未弧光保护）（未弧光保护）弧光保护测试弧光保护测试3（有弧光保护）（有弧光保护）47ms后已经消除短路故障，断路器小室结构未发生损坏后已经消除短路故障，断路器小室结构未发生损坏.值得夸耀的是，用于实验的短接铜线还有部分残留下来值得夸耀的是，用于实验的短接铜线还有部分残留下来.施耐德电气电力保护产品施耐德电气电力保护产品Part1.弧光小
14、知识Part2.弧光保护研发起源Part3.施耐德电气产品施耐德电气产品Part4.安装推荐方案VAMP系列综合保护装置由施耐德电气公司在芬兰进行设计、研制、实验和生产的具有世界先进水平的数字式综合保护装置；VAMP数字式系列综合保护继电器集保护、测量、监控和通讯功能于一身；VAMP 200系列系列：功能先进的中压保护系列，给中低压输配电网络提供更完整的保护；VAMP 系列综合保护装置概览系列综合保护装置概览完善的逻辑编程功能；可扩展I/O 板卡 可以在现场直接增加;可扩展通讯端口板卡 可以在现场直接增加;独特的电能质量分析功能完善的系统通讯功能 满足RS232/RS485、光纤、以太网通讯方
15、式；支持Modbus、IEC 60870-5-103/101、Profibus DP、DNP 3.0/DNP、IEC61850 等通讯规约;VAMP 系列综合保护装置特点系列综合保护装置特点人机界面：单线图大液晶单线图大液晶显示，可任意编辑人机界面内容 支持多语言显示，包括中文中文全中文调试软件 用来上传和下载应用程序，可轻松实现在线更新、调试整体尺寸小，适合就地安装开关柜；VAMP 系列综合保护装置特点系列综合保护装置特点 VAMP 装置测量故障电流。如果选择了电弧光保护选项，装置可通过弧光传感器通道 监视整个开关柜。电弧光保护在系列电流测量保护装置中是可选的。硬件设计总是非常容易添加集成的
16、选项模块，如弧光传感器接口，扩展的DI/DO 通道 以适应不通的装置实现弧光保护VAMP 系列弧光保护应用系列弧光保护应用VAMP221装置结构装置结构点传感器点传感器I/O单元单元VAM I/O单元选型表单元选型表典型应用典型应用 中压系统中压系统典型应用典型应用 低压系统低压系统施耐德电气电力保护产品施耐德电气电力保护产品Part1.弧光小知识Part2.弧光保护研发起源Part3.施耐德电气产品Part4.安装推荐方案安装推荐方案L or Z type mounting plate典型安装典型安装典型安装典型安装 柜内柜内典型安装典型安装 柜外柜外典型安装典型安装 低压母排低压母排典型安装典型安装 小室小室VA1DP-5l 增强人身安全增强人身安全l 即插即用即插即用l 无需设定无需设定特殊安装特殊安装 人身！人身！施耐德电气弧光保护家族施耐德电气弧光保护家族
