弧光保护系统的应用

舰船电力系统中电弧光保护的应用

发布时间：2021-12-27T08:19:05.424Z 来源：《现代电信科技》2021年第12期 作者： 杜晓昌[导读] 可根据需要通过母联开关、跨接开关变更舰船电力系统的能量流向,以保证供电系统的连续性。

（中国人民解放军 91697 部队 山东青岛 266000）

摘要：为了给先进武器、电力推进和辅机电气化提供足够的电力，海军舰船的电气化水平在逐步提高”。随着我国海军综合电力推进技术的应用以及对大型舰船的需要，舰船电站容量在不断增加，舰船电网有向中压发展的趋势。中压成套设备由于其本身的缺陷、异常的工作条件、谐振过电压、绝缘故障、载流回路不良、外来物体的进人以及人为操作错误等原因，都可能引起弧光短路故障，造成气体间隙击穿而引燃电弧； 舰船供电系统由于空间有限，设备较多，发生故障的概率也可能增加。因此，本文针对舰船电力系统中电弧光保护的应用进行了分析。

关键词：舰用弧光保护装置；配置策略；母排；开关柜

一、舰船电力系统与陆上电力系统的区别

舰船电力系统的电能是从发电机或岸电输送到主配电板,再通过各个分配电装置(区域配电板、分配电箱等)传输到武器、导航、指挥等各个用电负载系统，即为舰船电力网。其与陆上电力系统的区别主要有以下三点:①能量来源:陆上电力系统的能量来源一般只有一个， 即上一级电网；而舰船电力系统的能量来源有多个，各个发电机、岸电等均可作为舰船电力系统的能量来源。②电缆联结的拓扑结构:陆上电力系统的电缆联结的拓扑结构一般为树状结构,纵向层次较多,横向结构则较简单；而舰船电力系统从可靠性出发,一般采用环状结构，纵向层次较少，而横向结构则较多,有母联开关、跨接开关等设备。③能量流向:陆上电力系统的能量流向一般是固定的；而舰船电力系统的能量流向不定,可根据需要通过母联开关、跨接开关变更舰船电力系统的能量流向,以保证供电系统的连续性。

二、电弧光保护的原理

电弧光保护的动作判据为电弧故障时产生的两个条件:弧光和电流增量。当同时检测到弧光和电流增量时系统发出跳闸指令,当仅检测到弧光或者电流增量时发出报警信号，而不会发出跳闸指令,电弧光保护的原理如图 1 所示。 舰用弧光保护装置采用模块化设计,适合于各种不同的应用场合。小型简单的舰船电力网络可以采用只包含一一个主控单元的简单系统，而大型复杂舰船则可以使用包含多个主控单元、电流单元、弧光单元的复杂系统。

1.电弧光保护概述

电弧光保护系统可以在开关柜发生弧光故障的时候，保护操作人员不受伤害，并且降低财产损失程度。

当出现弧光时候，弧光以300m/s的速度爆发，摧毁途中的任何物质。只要系统不断电，弧光就会一直存在。要想最大限度的减少弧光的危害，我们需要一种安全、迅速而有效的半导体电弧光保护系统。

在开关柜抽屉内，弧光可以迅速的在10ms内达到3M远，因此要想最大程度降低损失，时间是个最主要的因素。RIZNER-EagleEye电弧光保护系统输出跳闸信号时间小于1ms,即使在安装或者维护的时候也能保护操作人员的安全。

2.RIZNER-EagleEye电弧光保护系统概述

RIZNER-EagleEye电弧光保护系统的面市已经近10年.所有的主要的电力系统和电力公司都已使用.芬兰IVOLoviisa核电站的运行证实, 在发生电弧时,只有RIZNER-EagleEye的电弧光保护才能保护他们的开关柜。

RIZNER-EagleEye电弧光保护系统使用先进的处理器技术来控制系统的功能。该处理器技术也使得电弧光保护系统功能的编程，可匹配开关柜的不同运行方式。

在跳闸回路里采用的半导体技术（可控硅开关）确保了开关柜里的供电开关以最小的延时得到跳闸信号。在不论是RIZNER-EagleEye电弧光保护系统的主控单元，还是电弧光单元探测到电弧光，并且电流单元的整定的电流定值被超过，电弧光保护系统的跳闸信号将在小于1ms到达供电开关。电流的信息也可直接取自安全电流回路，在此情况下，电弧光保护也可尽可能快的得到过流的信息。

如果偶尔光线信号超过光线设定值或者电流信号超过电流设定值，系统不会输出跳闸信号，也不会记忆在跳闸回路中，但是在主控单元上会显示报警信号。在编程的时候，必须考虑系统按照用户所希望的方式正常工作。

采用光纤技术来向主控单元传输跳闸信号，确保了电弧光保护系统的完美功能，它的抗干扰能力强，跳闸信号可以非常迅速的输出到断路器。

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。

电弧光保护系统在中低压开关柜中的应用

摘要：实际电力系统运行过程中，由于中低压开关柜自身容量有限，对较大电压情况下的电力运行造成极大的限制，从而出现电路短路故障等问题。由于这样的现象往往对电力问题设备造成着较大的阻碍，所以根据电弧光以及中低压开关柜故障问题等方面，对电弧光保护及其在中低压开关柜中的应用进行研究分析是十分重要的。

关键词：电弧光保护系统；中低压开关柜；应用

引言

近年来，中压开关柜发生内部电弧故障而被严重损坏的事故逐年增加，有的甚至发展成多组开关柜“火烧连营”的严重后果。实际运行经验表明，开关设备内部产生电弧的原因很多，如结构设计不合理、制造质量不佳、设备材料绝缘老化、机械磨损、运行环境恶劣、维护保养不足、小动物进入或人为误操作等。所以，除了保证开关设备的制造质量、按照相关规程进行正确维护和操作外，还需配置快速动作的保护装置，一旦放生内部电弧短路故障时能快速切除，最大限度的保护设备和人员免受严重伤害。

1电弧光保护的优势

1.1动作迅速可靠

采用了可靠的快速算法，可以在短时间内判断弧光变化信号和电流变化信号并迅速出口，从发现故障到出口跳闸时间间隔优于7ms，确保开关柜内设备的弧光在100ms以内切除。

1.2全数字化设计

本装置采用全数字化设计，配置灵活，动作精度高，而且排除了由于旋钮或其他机械设计导致的误差隐患。

1.3保护原理简单、合理

根据弧光产生时的特点，装置采用弧光和电流双重判据，判据简单且可以有效的保证动作的准确性。

1.4强大的电气性能

故障弧光探头、连接线全部采用耐高温、阻燃的高分子材料，具有超强的电气隔离效果。装置完全满足EMC的标准，保证了弧光保护系统的整体稳定性和动作的可靠性。