Light-eye 弧光保護系統(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缺陷            1）誤入帶點間隔

2）載流回路不良                             2）隔離開關帶負荷操作

3）外來物體進入                             3）維修工具在開關柜內未帶走

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

   2. 電弧光的危害

1）弧光特性

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

2）電弧光的破壞力
        · 電弧溫度可達10000℃以上，將導致銅排（鋁排）熔毀、氣化，電纜燃燒
        · 過熱導致壓力上升，使開關設備易爆
        · 開關設備強烈振動，使固定元件松脫
        · 弧光發(fā)生時的高溫、強光及瞬間電離產生大量的有害氣體 ，會對現場工作人員的身體健康產生不利影響
        · 爆后產生的強烈沖擊波，會對現場工作人員的耳膜、臟腑造成損傷，嚴重時會危及工作人員的生命安全
        · 開關柜的電氣設備嚴重損壞，致使電網大面積停電，造成巨大的經濟損失

   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，使其失去能量供應而自動熄滅。   

   4. 我國中低壓母線系統(tǒng)保護的現狀

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

2）饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護方案
      這是近年來微機過流保護在中壓饋線的廣泛應用，國外提出的利用饋線過流元件閉鎖變壓器過流保護，應用較為廣泛的過流閉鎖式保護方案。這一方案與變壓器后備過流保護方案相比其動作速度有了一定的提高，典型動作時間為300 - 400ms。但對于要求100ms以內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方案
      這是國外某些重要項目曾采用的專用電流差動中壓母線保護方案，典型的保護動作時 間為35-60ms。考慮到斷路器的分閘時間，這一動作速度對要求100ms 以內切除故障來說也嫌慢。而且，采用這種方案的接線復雜，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，也很不經濟。此外，由于其保護范圍由于受到CT安裝位置的限制，不能保護到發(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應用。
      總結：
      上述保護措施均有致命的弱點就是動作時間太慢，根據IEC298標準附錄AA中規(guī)定的內部燃弧時間是100ms，保護裝置動作時間小于10ms，才能有效的保護器件，否則會產生不可修復的損壞，從而延長故障修復時間。

二、Light-eye弧光保護系統(tǒng)

   1.Light-eye的保護原理

       弧光保護系統(tǒng)判斷弧光故障產生時的兩個物理量:弧光和電流。經研究，弧光在發(fā)生的初期是跳躍式增大的，導致電流也是跳躍式的增大，所以弧光保護的跳閘判據為“弧光和電流增量”，且同時出現。

   2.Light-eye弧光保護系統(tǒng)組成

       Light-eye弧光保護系統(tǒng)是一個模塊化系統(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系統(tǒng)的核心。它負責輸入量的采集、測量、計算及邏輯判斷，實現系統(tǒng)的各種保護，并且與監(jiān)測主站系統(tǒng)通訊，上傳相關的信號。 在滿足報警條件時，發(fā)出報警信號，在滿足跳閘條件時，發(fā)出跳閘指令以切除故障。

 2）采集單元
       采集單元是Light-eye弧光保護系統(tǒng)的重要組成部分,主要用于弧光傳感器的數量擴展，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刻采集的數據。

       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

1）動作迅速可靠：采用了可靠的快速算法，可以在短時間內判斷弧光變化信號和電流變化信號并迅速出口，從發(fā)現故障到出口跳閘時間間隔優(yōu)于7ms，確保開關柜內設備的弧光在100ms以內切除。
       2）全數字化設計：裝置采用全數字化設計，配置靈活，動作精度高。
       3）保護原理簡單、合理：根據弧光產生時的特點，裝置采用弧光和電流雙重判據，判據簡單且可以有效的保證動作的準確性。
       4）強大的電氣性能：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的標準，保證了弧光保護系統(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單元可以準確的記錄是哪個弧光探頭檢測到了故障弧光，且可以詳細記錄動作時刻的三相電流值以及動作時刻的故障弧光光強。
       6）多種輔助保護功能：主控單元不但有弧光保護，還有過流保護，接地保護、斷路器失靈等輔助保護，這些保護是弧光保護的合理配置和有效補充。

三、Light-eye弧光保護系統(tǒng)分類應用

   1.母線弧光保護系統(tǒng)
       母線弧光保護主要是保護中低壓開關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.饋線弧光保護系統(tǒng)
      饋線弧光保護系統(tǒng)主要保護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系統(tǒng)
      箱式變電站是一個復雜的系統(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。