电弧光保护在中低压开关柜和母线保护中的应用

LIGHT-EYE弧光保护系统（Ver2.2）技术说明书保定市斯德尔电气有限公司1 电弧光简介1.1概述在我国，中、低压母线短路故障中，重点设备和人员伤害主要有电弧光引起，然而，我国的大多数中低压母线没有设置快速母线保护，而只是采用了简单的消弧装置和变压器后备保护。

这些保护智能化较低，动作速度慢，往往会延长故障切除时间，从而进一步扩大设备损坏程度，甚至会引起“火烧连营”的恶性事故，冲击变压器一次运行，影响整个电网的安全运行。

Light-Eye弧光保护系统是我公司根据国内实际情况，吸收国外电弧光保护的特点，与华北电力大学、河北大学等高校合作，针对电力系统电弧光保护而设计，隆重推出的一款具独特的创新技术、具有广泛实用性的新型电弧光保护系统。

1.2电弧光的危害开关柜内的发生短路弧光的功率可高达100MW，电弧燃烧所产生的能量与电弧的燃烧时间及短路电流变化值呈指数倍增长（如下图所示），燃烧产生的高温、高压将会逐步摧毁元器件、铜排以及成列的开关柜，高明亮的弧光和有毒气体对人体也有巨大的伤害。

电弧能量22电弧光危害示意图1.3电弧光产生的原因引起开关柜弧光短路故障的原因很多，一般分为以下五类1）绝缘故障主要是柜中绝缘材料爬距不足，未满足加强绝缘要求，在脏污环境，天气潮湿下发生绝缘故障。

另外，由于绝缘材料材质缺陷，运行年限较长的开关柜，在强电磁场作用下绝缘老化，也可能造成绝缘损坏而导致故障。

2）载流回路不良由于一些接头截面不够，紧固螺栓松动，手车柜触头接触不良，在大电流流过时引起发热，冒火进而引起相间，相对地击穿等等。

3）外来物体的进入如小动物（老鼠等）进入开关柜内部，或维修人员在工作完成后将工具遗留在开关柜内。

4）认为操作错误如走错间隔，误操作，未对工作区域进行接地，未对工作区域进行验电等。

5）系统方面的原因如系统容量增大，接地方式改变，电缆应用增多，保护及自控装置配置不当，系统谐振过电压等。

2 Light-Eye弧光保护系统简介2.1 目前国内用于中、低压系统的保护及其局限性1）变压器后备过流保护，典型的保护动作时间为1.2s~2s。

电弧光保护在配电开关柜设备上的应用引言：长期以来，由于设备质量以及外部冲击（雷击、过电压等）导致开关柜内产生弧光故障，发生大面积烧毁配电设备的状况时有发生，这对变电站的安全稳定运行及用户供电的可靠性造成了严重影响。

为避免开关柜内弧在成的危害，衍生出一种在国外被广泛应用、国内已开始使用的新型保护装置（电弧光保护）。

第一章开关柜内弧光短路产生的原因当电流将金属导电体之间空气电离，就会形成弧光短路。

弧光短路会产生高温，在短路状态下，弧光中心的温度可达到9,000℃到19,000℃，会产生辐射，总的辐射在1.5米距离时为1.10W/cm2。

可控弧光短路的典型应用有电弧炉或电焊机。

配电开关正常操作时也会产生弧光。

当开关柜内的弧光因意外发生时，就会造成损伤。

弧光短路可能是发生在配电系统中的最严重的故障。

开关柜内弧光故障产生的原因：人为因素隔离开关误操作、误入带电间隔、工作区未做接地、测试用工具遗留等。

技术因素设备绝缘损伤或老化、操作或雷击过电压、三相接线错误或母线连接错误、灰尘、温度和湿度等环境原因、小动物（如老鼠）进入、腐蚀等。

开关柜内弧光短路的危害当带电金属导体之间或金属导体与地之间的绝缘损坏时就可能发生空气被电离形成电弧光短路，由于空气的电阻较大，其短路电流远小于金属性接触的短路电流，传统正常设置的断路器短路保护可能不动作，致使故障不能及时切除，开关柜内弧光短路发生时将引起电弧燃烧，产生的高温造成爆炸性压力，如不及时切除，极易造成人员受伤和大面积相邻设备烧毁事故。

开关柜发生内部弧光故障能量很大，其产生的能量与电弧的燃烧时间以及短路电流的平方值成正比，产生的短路功率可能高达8-60MW，会产生多种效应：压力、高温、辐射及声响等，可能造成如下的重大损失：图1 弧光短路造成的设备损坏1)开关柜金属壳体因内部密闭空间中忽升的强大压力爆裂。

2)金属导体因瞬间高温而熔化或蒸发，又通过辐射使可燃性材料着火，非可燃性材料分解。

弧光保护在中低压开关中的应用针对辖区近年来多个变电站中低压开关柜出现的弧光闪络、爆炸事故，分析了故障发生的原因和产生的危害以及现有保护的不足之处，提出相应的应对措施，得出弧光保护的推广和应用，能有效的降低故障损害，提高经济效益的结论。

标签：短路；闪络；爆炸；弧光保护TB0 引言近年来，随着我国电力工业的发展，辖区中低压开关柜的应用数量也越来越多，由于开关柜弧光短路引发的中低压母线故障也日益增多，通过近几年的统计，每年发生的开关柜闪络、短路、接地，或爆炸事故达十几起，不仅造成了停电事故，影响了供电可靠性，还造成了许多设备的永久性损毁，带来了许多不可挽回的损失，为了确保人身、设备安全，避免类似事故再次出现，结合国内外运行经验，很有必要在中低压开关柜加装电弧光保护。

1 弧光形成的原因（1）带电误操作；（2）设备本身质量、工艺问题，故障或断路器灭弧失败；（3）人或者动物误入带电线路区间，维修后工具遗留等；（4）电缆、套管、支持瓷瓶、绝缘子等其他辅件绝缘老化，设备破损；（5）天气如台风，雷电等造成线路破损及各种外力破坏造成的故障；（6）系统接地、谐振、操作、雷电等各种原因造成的系统过电压；（7）气候条件，污秽（严重）、空气湿度（过大）、温度（过热）。

2 弧光的危害2.1 电弧性短路起火如将两电极接触后再拉开建立了电弧，则维持此10mm长的电弧只需要20V 的电压，也就是说只要先接触，之后又分开，很可能产生局部温度很高的电弧而成为起火源。

2.2 电弧光爆炸电弧光不仅能引起绝缘物质燃烧，而且可以引起金属（铜排、铝排）熔化、飞溅，构成火灾、爆炸的火源；电气设备本身除多油断路器、电力变压器、电力电容器、充油套管等充油设备可能炸裂外，一般不会出现爆炸事故，但是以下情况可能引起空间爆炸：（1）周围空气有爆炸性混合物，在危险温度或电火花作用下引起空间爆炸。

（2）充油设备的绝缘油在电弧作用下分解或气化，喷出大量油雾和可燃气体，引起爆炸。

VAMP321电弧光保护系统概述及应用一、概述在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题，一般未装设母线保护。

然而，由于中低压母线上的出线多，操作频繁，三相导体线间距离与大地的距离比较近，容易受小动物危害，设备制造质量比高压设备差，设备绝缘老化和机械磨损，运行条件恶劣，系统运行条件改变，人为和操作错误等原因，中低压母线的故障几率比高压、超高压母线高得多。

但长期以来，人们对中低压母线的保护一直不够重视，大多采用带有较大延时的后备保护来切除母线上的故障，往往使故障被发展、扩大，从而造成巨大的经济损失。

近年来，由于各种原因开关设备被严重烧毁，有的甚至发展成“火烧连营”的事故时有发生。

而主变压器由于遭受外部短路电流冲击损坏的事故也逐年增加，这些配网事故处理不当甚至被扩大发展为输电网事故，造成重大的经济损失，已引起电力部门的广泛关注。

究其原因大多是因为没有装设中低压母线保护，未能快速切除故障造成的。

所以，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置专用中低压母线保护。

本文首先介绍开关柜弧光短路故障以及变压器动稳定时间对中低压母线保护动作时间的要求；其次介绍开关柜弧光短路故障的防护措施及现有的中低压母线保护方案；最后介绍一新型的电弧光中低压母线保护系统。

二、开关柜内部燃弧耐受时间及变压器动稳定时间指标 2.1 开关柜内部电燃弧耐受时间IEC298标准附录AA中规定的内部燃弧时间是100ms，目前市场上销售的开关柜基本上是按照IEC298标准生产的，也就是说，开关柜可以承受的电弧燃烧时间为100ms。

由于发生弧光故障在断路器动作前，故障短路电弧是一直在燃烧的，即保护动作时间加上断路器分闸时间之和，即为电弧燃烧的持续时间。

也就是说，从保护开关柜方面考虑，保护动作时间应在小于100ms切除故障以防止弧光短路故障进一步发展扩大造成更大的危害。

上表为国外对各种燃弧持续时间下进行试验得出的对设备造成的损害程度。