電弧光故障實(shí)例分析

1.裝設(shè)電弧光保護(hù)的必要性

電弧保護(hù)在國(guó)外已有近二十年的歷史，第一套保護(hù)裝置在1995年就已經(jīng)投運(yùn)，中國(guó)以前的進(jìn)口機(jī)組在引進(jìn)時(shí)由國(guó)外成套配有電弧光保護(hù)（如國(guó)華天津盤(pán)山電廠），國(guó)產(chǎn)機(jī)組2000年第一套裝置開(kāi)始運(yùn)行，為保護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行起到了重要作用。電弧光的發(fā)生是多方面的，引起的后果也是非常嚴(yán)重。開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)電弧光產(chǎn)生的人為原因有：誤入帶電間隔；隔離開(kāi)關(guān)誤操作；忘記在工作區(qū)接地；忘記測(cè)量工作區(qū)內(nèi)的電壓。

開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)電弧光產(chǎn)生的技術(shù)原因有：設(shè)備故障和帶電設(shè)備的誤操作；設(shè)備正常檢修后，遺漏工具在開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)；錯(cuò)誤的接線和母線連接；絕緣老化和機(jī)械磨損、過(guò)電壓、小動(dòng)物（尤其是老鼠）、灰塵、溫度、濕度、腐蝕、等環(huán)境因素。

開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行中電弧光產(chǎn)生的技術(shù)原因有：開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行中發(fā)生的大量電弧光故障事故，多是由于環(huán)境條件的影響，使絕緣材料受潮，設(shè)備絕緣表面產(chǎn)生凝露和附著污穢，因而設(shè)備絕緣水平下降造成事故

2.電弧光的危害

開(kāi)關(guān)設(shè)備電纜間隔發(fā)生故障產(chǎn)生的電弧使開(kāi)關(guān)設(shè)備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時(shí)切除，將造成以下幾個(gè)方面的重大損害：

①電弧溫度相當(dāng)太陽(yáng)溫度的2倍，大約為10000℃，由于過(guò)熱將導(dǎo)致銅排、鋁排熔毀，氣化；

②電纜熔毀，電纜包覆層的著火；

③過(guò)熱導(dǎo)致壓力上升，使開(kāi)關(guān)設(shè)備爆炸；

④開(kāi)關(guān)設(shè)備強(qiáng)烈振動(dòng)，使固定元件松脫；

⑤高溫?zé)�灼皮膚，強(qiáng)光刺傷眼睛；

⑥產(chǎn)生大量的有害氣體，傷害呼吸系統(tǒng)；

⑦爆破音震損耳膜、肺臟；

⑧碎片飛射，造成人員傷害，甚至死亡。

電弧故障的危害程度取決于電弧電流及切除時(shí)間，電弧產(chǎn)生的能量與I2t成指數(shù)規(guī)律快速上升。只有總切除時(shí)間小于85ms，才能使設(shè)備不遭受損害，總切除時(shí)間大于100ms，將會(huì)對(duì)設(shè)備造成不同程度的損害。

3.電弧光故障實(shí)例

1982年8月，北京供電局大郊亭變電所，由于連續(xù)下雨，導(dǎo)致配電室電纜溝進(jìn)水，開(kāi)關(guān)柜絕緣受潮，造成開(kāi)關(guān)柜相間弧光故障，燒毀開(kāi)關(guān)柜1臺(tái)，燒損8臺(tái)，燒毀電流互感器4只，支柱絕緣子40多支，隔離開(kāi)關(guān)7組，致使全部連續(xù)停電數(shù)天。

1986年2～10月，湖南金竹山電廠連續(xù)六次發(fā)生廠用電6kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電弧光故障起火，燒毀、燒損開(kāi)關(guān)柜9臺(tái)、支柱絕緣子近百個(gè)，其他設(shè)備數(shù)十件、造成機(jī)組甩負(fù)荷，機(jī)爐停運(yùn)。

1985年天津變電所合閘送電時(shí)，開(kāi)關(guān)柜發(fā)生弧光故障，引起避雷器爆炸、配電室起火，燒毀開(kāi)關(guān)柜8臺(tái)。

1986年唐山某變電所開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行中誤操作，絕緣隔板燒焦起火。

1987年6～7月河南焦作東郊變電所，分別發(fā)生兩起由于開(kāi)關(guān)觸頭絕緣板放電，燒毀斷路器，以及開(kāi)關(guān)柜母線支柱絕緣子閃絡(luò)、炸裂，造成三相短路的事故。

2001年2月13日9：35分，上海華陽(yáng)橋大江肉食品廠高壓配電室4#柜，A相支持白料絕緣擊穿而爆裂，相鄰B相母排上有明顯放電、被灼傷痕跡。

2000年11月4日，安徽省某化肥廠合成氨車(chē)間碳化工段發(fā)生了一起維修人員被電弧灼傷的事故。

4.目前用于中、低壓母線的保護(hù)及其局限性

目前在中、低壓母線系統(tǒng)中常用的保護(hù)有以下三種：

①變壓器后備過(guò)流保護(hù)（典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為1.2s～1.4s）

②采用饋線速斷保護(hù)閉鎖的變壓器后備過(guò)流保護(hù)(典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為300ms～400ms)

③高阻抗保護(hù)(典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為35ms～60ms)

①和②兩種保護(hù)對(duì)總切除時(shí)間小于100ms的要求來(lái)講，時(shí)間太長(zhǎng)；而③保護(hù)的保護(hù)范圍受CT安裝位置的限制，且價(jià)格昂貴。電弧光保護(hù)提供了15ms的跳閘輸出，所以總切除時(shí)間為80ms～100ms,且在開(kāi)關(guān)設(shè)備外觀上無(wú)明顯損壞。表1為電弧光保護(hù)與過(guò)流保護(hù)的時(shí)間對(duì)照。

表1電弧光保護(hù)與過(guò)流保護(hù)的時(shí)間對(duì)照

電弧光保護(hù)

一般過(guò)流保護(hù)

測(cè)量

1ms

20ms

計(jì)算

不需要

2ms

自我檢測(cè)

隨時(shí)

2ms

輸出接點(diǎn)

4～6ms

6～10ms

其它

不需要

10ms

總和

5～7ms

40～44ms

5.電弧光保護(hù)原理

電弧光保護(hù)主要?jiǎng)幼饕罁?jù)為故障產(chǎn)生的兩個(gè)不同因素：弧光及電流增量。當(dāng)同時(shí)檢測(cè)到弧光和電流增量時(shí)發(fā)出跳閘命令。電弧光保護(hù)由三部分組成：電弧光保護(hù)主單元、電弧光保護(hù)輔助單元和弧光傳感器。弧光傳感器可放置在開(kāi)關(guān)設(shè)備的任何位置，根據(jù)弧光傳感器的實(shí)際物理位置可實(shí)現(xiàn)保護(hù)分區(qū)的功能，并在電弧光保護(hù)主單元上顯示故障發(fā)生的位置，此功能可減少斷電的處理時(shí)間，使快速恢復(fù)供電成為可能。

在變電站發(fā)生單相接地故障，并發(fā)展成兩相對(duì)地故障：由于安裝了電弧光保護(hù)作為母線保護(hù)，所以在85ms內(nèi)切除故障，開(kāi)關(guān)設(shè)備從外觀上無(wú)明顯損壞。通過(guò)弧光傳感器地址很快確定故障點(diǎn)，找到發(fā)生故障的電纜，僅提供簡(jiǎn)單的修理，便在很短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。

如果不使用電弧光保護(hù)作為母線保護(hù)，而是使用傳統(tǒng)的過(guò)流和零序過(guò)流保護(hù)，切除時(shí)間在300ms～1.2s之間，由于切除時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成了斷路器的重大損害和全部母線室內(nèi)母線的熔毀，在24小時(shí)內(nèi)難以恢復(fù)供電，使大量的工廠停電，無(wú)法生產(chǎn)，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。

6.電弧光保護(hù)的特點(diǎn)及系統(tǒng)構(gòu)成

電弧光保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生弧光這一特點(diǎn)，結(jié)合過(guò)流閉鎖這一原理，動(dòng)作快速可靠、系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，是目前較理想的母線保護(hù)解決方案，其特點(diǎn)如下。

①原理簡(jiǎn)單：通過(guò)檢測(cè)電弧光，結(jié)合過(guò)流閉鎖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

②動(dòng)作迅速可靠：通過(guò)檢測(cè)電弧光信號(hào)，整套母線的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間可達(dá)5～7ms；采用檢測(cè)弧光信號(hào)和過(guò)流閉鎖的雙判據(jù)原理，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)的可靠動(dòng)作；整套系統(tǒng)連續(xù)自檢，充分保證整套系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。

③故障點(diǎn)定位：控制部分可顯示弧光發(fā)生點(diǎn)位置，方便快速處理故障、恢復(fù)供電。

④斷路器失靈保護(hù)：在主斷路器拒動(dòng)時(shí)發(fā)出跳閘指令跳上一級(jí)斷路器，提高保護(hù)系統(tǒng)的安全性。

⑤配置靈括、適應(yīng)性強(qiáng)：

通過(guò)交換弧光和過(guò)流動(dòng)作信息，可過(guò)各段母線提供有選擇性的保護(hù)，可適用于各種運(yùn)行方式，且在各種運(yùn)行方式下保護(hù)不需切換。

電弧光母線保護(hù)由以下幾部分構(gòu)成。

①主單元。主單元包含有電流檢測(cè)和斷路器失靈保護(hù)，它通過(guò)檢測(cè)短路電流和來(lái)自電弧光傳感器的動(dòng)作信息，并對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷，在滿(mǎn)足跳閘條件時(shí)，發(fā)出跳閘命令以切除故障。在進(jìn)線斷路器不能切除故障時(shí)，它將啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)邏輯，發(fā)出跳閘命令給上級(jí)斷路器來(lái)切除故障。此外，主單元根據(jù)輔助單元傳送來(lái)的弧光傳感器動(dòng)作信息和溫度傳感器測(cè)量的溫度，提供弧光故障點(diǎn)的定位和溫度報(bào)警信息。

②輔助單元。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光故障時(shí)，輔助單元收集來(lái)自電弧光傳感器的動(dòng)作信息并傳送給主單元，在主單元上顯示輔助單元和弧光傳感器的地址編號(hào)，有利于及時(shí)準(zhǔn)確故障定位開(kāi)關(guān)柜，為檢修提供信息。

③電弧光傳感器。專(zhuān)用于母線保護(hù)的弧光傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜的母線室內(nèi)，它作為光感應(yīng)元件，將檢測(cè)在發(fā)生弧光故障中突然增加的光強(qiáng)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)傳送給輔助單元。