淺析電弧光保護在火力發(fā)電廠(chǎng)用電高壓系統中的應用

摘要：介紹了電弧光保護裝置的組成,對火力發(fā)電廠(chǎng)高壓廠(chǎng)用電系統保護的現狀及存在的不足進(jìn)行了分析,以一個(gè)典型的2×300MW火力發(fā)電廠(chǎng)工程為例,討論了高壓廠(chǎng)用電系統電弧光保護裝置的設計應用方案,對電弧光保護裝置的應用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電弧光保護；高壓廠(chǎng)用電系統；應用

0引言

隨著(zhù)我國電網(wǎng)特高壓、大電網(wǎng)發(fā)展的不斷深化,對于發(fā)電廠(chǎng)安全、可靠運行的要求不斷提高。作為電網(wǎng)中的主要電源,火力發(fā)電廠(chǎng)的安全可靠性直接影響電網(wǎng)的安全可靠性。高壓廠(chǎng)用電系統的安全運行直接關(guān)系到整個(gè)電廠(chǎng)的安全可靠性,因此,高壓廠(chǎng)用電系統的保護顯得至關(guān)重要。

按照我國現行的廠(chǎng)用電和繼電保護設計規程規范,高壓廠(chǎng)用電系統一般不配置快速母線(xiàn)保護,而是由上元件的后備保護來(lái)切除母線(xiàn)短路故障。此種配置導致故障切除時(shí)間延長(cháng),加大了設備的損害。近年來(lái),隨著(zhù)系統短路電流的不斷增長(cháng),由于廠(chǎng)用電系統短路故障切除不及時(shí)引起的電弧光對設備及人員造成傷害的事故時(shí)有發(fā)生,為防止該問(wèn)題而設計的電弧光保護系統在火電廠(chǎng)中也有了應用。本文主要從電弧光保護的原理、構成及其在火電廠(chǎng)高壓系統應用的典型方案出發(fā),對該保護系統的應用進(jìn)行探討。

1火力發(fā)電廠(chǎng)高壓廠(chǎng)用電系統的保護現狀

根據GB/T14285—2006《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》和DL/T5153—2002《火力發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電設計技術(shù)規定》,針對高壓廠(chǎng)用電源及母線(xiàn)故障的保護配置一般為:

1. 相間短路故障保護。廠(chǎng)用變壓器裝設過(guò)電流保護,用于保護變壓器及相鄰元件的相間短路故障,保護裝于變壓器電源側;在二次側(3kV,6kV,10kV)母線(xiàn)斷路器上裝設電流速斷保護,帶時(shí)限動(dòng)作于該分支斷路器。

2. 單相接地故障保護。300MW機組高壓廠(chǎng)用電源多為低電阻接地系統,其廠(chǎng)用母線(xiàn)和廠(chǎng)用電源回路的單相接地保護由接于電源變壓器中性點(diǎn)的電阻取得零序電流來(lái)實(shí)現,保護動(dòng)作后帶時(shí)限切除該回路斷路器。

綜上所述,高壓廠(chǎng)用母線(xiàn)不配置快速母線(xiàn)保護,而是由上元件的后備保護來(lái)切除母線(xiàn)短路故障,故障切除時(shí)間延長(cháng)。

2電弧危害和電弧光保護的原理

2.1電弧造成的危害

高壓開(kāi)關(guān)柜內斷路器設備發(fā)生短路時(shí)產(chǎn)生的電弧使開(kāi)關(guān)柜內的溫度、壓力迅速上升,從而造成重大危害。

(1)電弧溫度高,由于過(guò)熱造成母線(xiàn)銅排、鋁排熔毀,電纜熔毀,電纜絕緣層著(zhù)火,嚴重時(shí)引發(fā)配電室或電纜溝火災。

(2)壓力、溫度劇增造成開(kāi)關(guān)設備爆炸。

(3)碎片飛射、高溫、強光、有害氣體、爆炸音等造成人員傷害。

(4)由于弧光引起事故擴大,會(huì )造成更大面積的停電和火災事故,導致停機或全廠(chǎng)停電。

2.2電弧光保護的原理

電弧光保護系統主要是基于弧光增量動(dòng)作判據,并輔以電流增量動(dòng)作判據,當2個(gè)判據均發(fā)出跳閘令時(shí),動(dòng)作跳閘。電弧光保護系統主要由2部分組成:弧光傳感器和控制保護主單元?；」鈧鞲衅鞣稚⒉贾迷诟邏洪_(kāi)關(guān)柜內的母線(xiàn)室和斷路器室內;控制保護單元集中布置在電源柜內,采集弧光傳感器及電流傳感器的動(dòng)作數據,實(shí)現控制保護邏輯及跳閘輸出。電弧光保護系統的故障切除總時(shí)間為80～100ms,可避免設備受電弧危害而損壞。

2.3電弧光保護的特點(diǎn)

電弧光保護采用弧光作為故障主判據并采用過(guò)電流作為閉鎖條件,原理簡(jiǎn)單,同時(shí)也保證了可靠性。另外,該整套保護系統具有較好的速動(dòng)性,可快速切除高壓廠(chǎng)用母線(xiàn)的短路故障,防止設備損壞和人員損傷。由于弧光傳感器定值的整定無(wú)成熟的規范依據,因此,該保護系統需要更多的運行經(jīng)驗,弧光傳感器的元件質(zhì)量也直接影響保護系統的性能。

3電弧光保護系統的構成

電弧光保護系統的構成如圖1所示,該系統一般包含4個(gè)部分。

圖1電弧光保護系統構成示意圖

(1)控制保護主單元。主單元包含電流檢測和控制保護功能,通過(guò)分析處理電流檢測數據和來(lái)自弧光傳感器的動(dòng)作信息,在滿(mǎn)足跳閘條件時(shí),發(fā)跳閘令切除故障。主單元一般具有斷路器失靈保護功能,在進(jìn)線(xiàn)斷路器不能切除故障時(shí),啟動(dòng)失靈保護邏輯,跳上斷路器。此外,主單元還應具有數據傳輸、故障信息上傳、就地顯示等功能。

(2)弧光傳感器?；」鈧鞲衅鞣稚惭b于開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)室和斷路器室內,作為光感應元件,應檢測在故障中增強的光強并將光信號轉換為電信號傳送給輔助單元。

(3)輔助單元。輔助單元分散安裝在開(kāi)關(guān)柜內,收集來(lái)自弧光傳感器的故障動(dòng)作信息并匯總上傳給主單元。每個(gè)輔助單元可接入多個(gè)弧光傳感器。

(4)輔助元件有通信電纜等,主要用于聯(lián)結以上3部分設備,共同組成完整的電弧光保護系統。

4高壓廠(chǎng)用電系統電弧光保護典型方案

在典型的2×300MW火力發(fā)電廠(chǎng)工程中,每臺機組設1臺高壓廠(chǎng)用工作變壓器和2段高壓廠(chǎng)用母線(xiàn)。高壓廠(chǎng)用工作變壓器低壓側采用雙分裂繞組,2個(gè)繞組分別接入對應的高壓母線(xiàn)段,高壓母線(xiàn)備用電源引自全廠(chǎng)公用的啟動(dòng)備用變壓器。下面介紹一種應用于上述工程條件的高壓廠(chǎng)用電系統電弧光保護的典型設計方案。

4.1主單元的配置

電弧光保護系統及主單元按高壓廠(chǎng)用電母線(xiàn)段配置,即每段高壓廠(chǎng)用母線(xiàn)配置1套電弧光保護系統。在工作電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜配置1臺主單元,用于工作進(jìn)線(xiàn)的電流檢測和整個(gè)系統的控制保護;同時(shí),在備用電源進(jìn)線(xiàn)柜配置1臺電流輔助單元,用于備用電源進(jìn)線(xiàn)的電流檢測。

4.2弧光傳感器的配置

在每面高壓開(kāi)關(guān)柜的母線(xiàn)室和斷路器室分別配置弧光傳感器,用于檢測開(kāi)關(guān)柜在故障時(shí)的增強光強。也可根據技術(shù)經(jīng)濟分析,僅在母線(xiàn)室配置弧光傳感器。

4.3輔助單元的配置

單臺輔助單元可接入多臺弧光傳感器,因此,輔助單元的配置數量根據實(shí)際選用的弧光保護裝置輔助單元的接入能力確定。應保證電弧光傳感器的接線(xiàn)距離短,8～10面開(kāi)關(guān)柜設置1臺輔助單元。

4.4保護跳閘出口

按母線(xiàn)段配置的電弧光保護系統,當弧光判據和電流判據均滿(mǎn)足動(dòng)作條件時(shí),應發(fā)跳閘令動(dòng)作于該母線(xiàn)段工作電源進(jìn)線(xiàn)斷路器和備用電源進(jìn)線(xiàn)斷路器跳閘。是否投入斷路器失靈功能,需根據系統條件和電弧光故障情況綜合分析確定。

5安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品選型說(shuō)明

ARB5-弧光主控單元

（1）＊表示可選附件，需要另外增加費用1500元。

（2）主控板和采集板數量之和不能大于4。

（3）弧光探頭到采集板的長(cháng)度不能超過(guò)20米。

（4）如有特殊要求，請特別注明。

6安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品功能和技術(shù)參數

7安科瑞ARB5-M弧光保護產(chǎn)品現場(chǎng)安裝

弧光保護主控單元、探頭安裝圖如下。

8結束語(yǔ)

電弧光保護作為一種原理簡(jiǎn)單、速動(dòng)性好的新型保護系統,為火力發(fā)電廠(chǎng)高壓廠(chǎng)用電系統母線(xiàn)故障保護,減少設備損壞和人員損傷,提供了一種良好的途徑。目前,在渭河電廠(chǎng)2×300MW工程、灞橋電廠(chǎng)2×300MW工程等項目的高壓廠(chǎng)用電系統中,電弧光保護系統已得到了應用,至今運行情況良好。今后的工程項目中,電弧光保護系統在火力發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電系統中的應用必將更加廣泛,隨著(zhù)應用實(shí)例的不斷增加,其運行整定也將更加完善和成熟。

參考文獻：

1. 鄒瑄.電弧光保護在火電廠(chǎng)高壓廠(chǎng)用電系統中的應用．

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5（版）.