电弧光保护装置在煤矿高压开关柜中的应用研究现状「开关柜弧光保护装置」

今天带来电弧光保护装置在煤矿高压开关柜中的应用研究现状「开关柜弧光保护装置」，关于电弧光保护装置在煤矿高压开关柜中的应用研究现状「开关柜弧光保护装置」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

安科瑞 王晶淼

摘要：电弧光保护系统能够减少矿山电网系统中的安全隐患。结合某矿实际，使用自主研发的电弧光保护装置ARB5，该装置采用光纤传感器作为电弧光探测单元，弧光传感器与保护装置间采用模拟光信号传输将光信号转化为电信号。结果表明，该装置能够快速定位短路故障点，快速切除故障，缩小矿山停电范围，保证供电系统的稳定可靠运行，电弧光保护系统不仅对高压开关柜起到了保护作用，而且提高了煤矿安全系数和矿山企业的经济效益。

关键词：弧光保护；光纤传感器；高压开关柜

0引言

随着改革开放成果的引进和国民经济的不断发展，我国煤矿的机械化程度不断提高，所需用电量也在逐年增加，中低压(35kV及以下电压等级)配电系统的在矿山生产系统中得到了广泛的应用。配电系统中的中、低开关柜的数量越来越多，中低电压等级的母线由于所处环境复杂，技术设备故障和人为因素等原因，易引发母线短路，存在很大的安全隐患。由于母线发生故障时，采用变压器的后备保护来切除母线上的故障，无法在发生故障的短时间内解决，设备损坏几率增加，严重时导致烧毁。据报道，我国供电系统中开关柜每年有200多面被烧毁，而开关柜短路事故更是经常发生，有时甚至造成更大的电网事故，直接造成矿山机械设备的损失和经济损失。因此，在应用供电系统时，如何在保证矿山生产效率的同时保证矿山设备及人员保护，是我们需要研究和攻克的难题。

1 弧光的参数及危害

1.1 弧光的参数

1)空气弧光产生时的瞬时功率较大，可达40MW；

2)内部温度较高，可升至10000℃以上；

3)中压范围内弧光产生时和结束时的温度可达4500℃；

4)弧光的电压可达500V～1000V；

5)弧光的光强超过正常的照明光强2000倍。

1.2 弧光的危害

弧光在毫秒时间级别发生消失，释放的能量却很惊人，对矿山机械设备和人身安全都有巨大的破坏性。

1)电弧温度惊人，可达10000℃，超过一定温度损害电网；

2)电弧引起火灾，烧毁电缆；

3)稳定过高导致开关柜内开关装置爆炸，使其失效；

4)容易造成人员伤害，对人员脸部和皮肤形成伤害；

5)爆炸时产生的气体，技术人员吸入会损伤其呼吸系统。

2 弧光保护技术的现状和措施

1995年，中国引进了弧光保护装置。近年来，人们注意到切除母线时产生的过流保护动作时间过长的问题，分析了电弧故障时产生的声、光、热和电磁等效应。采用理论与实际相结合的方法，分析电弧效应，开发研制出各种用来检测电弧的保护装置，并在矿山中得到了加速应用。如此，既对矿山人员起到了安全保护作用，也使得矿山的生产效率得到进一步提高。例如：有的利用电弧的热效应，研制出能通过感应电弧的热量而产生动作的采阀式电弧保护继电器；有的利用电弧的电磁效应，通过电弧接地保护装置及时切断发生故障的开关装置，以便及时地维修；有的检测故障装置中的臭氧浓度，保护报警装置以便工作人员能保证人员的安全，不至于给矿山企业带来巨大的人员和经济损失。随着科技的发展，利用电弧的多种效应开发更具敏感性和准确性的新型电弧保护装置已成主流。

现在，功能型感器和非功能型传感器等新型传感器在矿山供电系统中应用广泛，这种新型传感器不仅灵敏度和准确度较高，而且绝缘性能较好，具有抗电磁干扰。这两者主要以其中的光纤所起的作用不同区分开来。前者的光纤对被测信号具有传输和敏感的作用；后者仅起传输的作用。光纤传感器在电力系统的电弧光保护中起到了重要的作用，它在强电磁干扰和高电压的环境里，能显示出独特的能力。

电弧故障的危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量成指数规律快速上升。发生故障时，技术人员在85ms内切除故障部分，才能保证相关设备免遭遇难，避免不必要的损失，一旦时间超过100ms，相关设备则会遭到损害，严重时会对矿山企业造成不可挽回的损失。

目前常用保护装置：

1)变压器后备过流保护，但此方案的问题是快速性不过，不能达到开关柜内部电弧故障的保护。

2)简易母线保护方案，采用传统方法识别故障，此方案目前应用广泛。

3)电弧光母线保护方案，利用电弧的相关特性作为判别依据，可快速切除内部故障。

4)其他母线保护方案。就投入成本及实施效果综合对比，电弧光保护方案优势明显，其使用比例在矿山配电系统中高。

3 安科瑞ARB5系列弧光保护

安科瑞ARB5系列弧光保护装置主要由ARB5-M主控单元、ARB5-S弧光探头及光纤组成。

（1）ARB5-M主控单元特点

1）启动条件可选弧光单判据或弧光 电流双判据。其中电流突变量启动系数可整定范围为0.05~10In，电流常量启动系数可整定范围为0.05~10In。

2）11路可编程跳闸出口。

3）4组3相电流采集。

4）支持20路弧光探头信号采集。

5）弧光故障点定位。

6）弧光光纤链路自检及装置异常自检。

7）4组失灵保护。

8）支持IEC61850，便于组建数字化智能变电站。

（2）ARB5-S弧光探头特点

1）自带滤光功能。

2）无源型弧光传感器。

3）探测角度≥180°。

图1 ARB5-S弧光探头探测角度

4 中高压开关柜母线弧光保护的选型及应用

安科瑞ARB5系列弧光保护装置广泛应用于中高压开关柜母线保护。

（1）10kV开关柜母线弧光保护

图3 10kV开关柜ARB5弧光保护安装图

（2）设备选型

5 结语

在电力系统运行中，由于自身电容量等因素的限制，需要对中低压开关柜与母线进行保护，因此，需要从中低压开关柜电弧光短路故障原因和现有的中低压母线保护方案存在的问题进行分析，明确故障问题带了的严重危害，通过应用弧光保护，处理故障问题，从而更好地保护实现开关柜与母线的保护。