电力系统中低压母线电弧光快速保护设计

电弧光保护及其在中低压开关柜和母线保护中的应用分析【摘要】本文主要介绍了电弧光保护及其在中低压开关柜和母线保护中的应用分析。

在文章从背景介绍、研究意义和研究目的三个方面入手，引出电弧光保护的研究背景和意义。

接着在详细介绍了电弧光保护的原理，以及在中低压开关柜和母线保护中的具体应用情况。

之后从优势分析和案例分析两个角度对电弧光保护进行了深入探讨。

结论部分分析了电弧光保护的应用前景，并进行了总结和展望。

通过本文的阐述，读者可以更加全面深入地了解电弧光保护技术在中低压开关柜和母线保护中的重要性和应用情况，为相关领域的研究和实践提供参考。

【关键词】关键词：电弧光保护、中低压开关柜、母线保护、原理、应用、优势分析、案例分析、应用前景、总结、展望。

1. 引言1.1 背景介绍在传统的电弧故障保护技术中，主要采用电流和电压等参数进行检测并进行干预，但是这种方法存在着响应速度慢、误报率高等问题。

而电弧光保护技术则是一种基于检测电弧光的光谱特征来实现故障检测和保护的新技术。

它通过检测电弧光的频谱特征来实时判断电弧故障的发生，并迅速断开故障电路，有效避免了事故的扩大。

电弧光保护技术具有响应速度快、误报率低、保护效果好等优点，在工业生产和电力系统中具有广阔的应用前景。

1.2 研究意义电弧光保护技术是一种新型的电气安全保护技术，可以有效地对电气设备中的电弧故障进行监测和保护。

在现代工业生产中，电气设备的电弧故障不仅会造成设备的损坏，还可能引发火灾和安全事故，对生产和人员造成巨大的危害和损失。

研究和应用电弧光保护技术具有重要的意义。

电弧光保护技术可以提高电气设备的安全性和可靠性，有效地减少因电弧故障引发的事故。

采用电弧光保护技术可以提高电气设备的运行效率和稳定性，减少设备的维护和维修成本，延长设备的使用寿命。

电弧光保护技术还可以提高生产效率，降低生产成本，提高企业的竞争力。

研究和应用电弧光保护技术对促进工业生产的安全、高效、可持续发展具有重要的意义。

中低压母线弧光保护系统胥俊岩【摘要】中低压母线短路故障仅依靠上一级保护装置的后备保护，无法在电弧燃烧危害扩大前切断故障，造成严重损失。

弧光保护系统通过弧光检测和过电流检测双判据原理，从弧光故障到出口报警跳闸时间小于4ms，为开关柜、母线和各种变流设备提供全面、快速的保护。

【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】2页(P69-70)【关键词】弧光保护;中低压母线;快速保护;弧光传感器【作者】胥俊岩【作者单位】国网河南省电力公司许昌供电公司【正文语种】中文随着电网容量的不断扩大，中低压配电系统的规模也随之变大，中压母线短路容量愈来愈高，而中低压系统多使用封闭式的中置柜以电缆引出，操作频繁，运行电流大，故障过电压高，设备制造质量和安全距离比高压设备差，容易发生绝缘事故。

近几年常有开关柜或母线因绝缘损坏、操作失误、设备老化等原因产生弧光而被烧毁的事故发生，甚至造成重大的经济损失和人员伤害。

继电保护领域微机保护技术的飞跃发展，使得110kV及以上电压等级的供电系统已有比较成熟的保护措施，对于中低压(35kV及以下电压等级)配电系统，因母线不存在稳定问题，一般不装设差动保护，在目前的保护方案中，中低压母线母线故障均靠上一级保护装置的后备保护来切除。

而弧光短路作为中、低压开关柜内部最严重的故障之一，由于电弧电阻的原因，短路电流往往达不到过流、速断整定值而不能快速动作切断故障，导致电弧持续燃烧释放出巨大的能量，造成严重的损失。

因此，一种中压母线的快速保护方案非常必要。

为解决这个问题，国内外一些专家学者根据弧光短路时产生的大电流和高强度弧光两个特性，提出了电弧光保护。

南京弘毅电气自动化有限公司研制的DPR360ARC系列弧光保护系统，采用弧光检测和过电流检测双判据原理，综合弧光保护和高速通信网络技术，吸收弧光保护、失灵保护、电流保护的特点，从光纤弧光传感器检测到故障电弧光，到出口报警跳闸的时间小于4ms，远远快于传统的继电保护装置[1,2]。

什么是电弧光保护？如何实现有效的厂用中、低压母线保护1 目前存在的问题目前，380伏/1千伏/3千伏/6千伏/10千伏/35千伏开关柜中没有专用的母线保护，但在国外电力行业已经普及95%以上；国内采用变压器过流保护用于母线后备保护，理论上必须延时300～500毫秒，实际上动作时间可能长达1.5～2秒，起不到对母线的真正保护，并且使变压器低压侧绝缘有较大的结构性损坏，所以目前的母线后备保护是有缺陷的。

开关设备内电弧光产生的人为原因有误入带电间隔、隔离开关误操作、带接地线合闸、忘记测量工作区内的电压。

技术原因有设备故障和带电设备的误操作，设备正常检修后，遗漏工具在开关设备内，错误的接线和母线连接，绝缘老化和机械磨损、过电压、小动物（尤其是老鼠）、灰尘、温度、湿度、腐蚀等环境因素。

如果在开关柜内发生电弧光故障，由于开关柜中的空气压力和温度迅速增加，如果不及时切除，将造成人员伤亡、设备损坏等重大损失。

中、低压开关柜是供电系统的供电枢纽。

在发生内部故障时，是否能迅速地切除故障，对配电系统的安全运行至关重要。

但是，按目前的保护方案，中压母线尚没有配置任何专门的保护，而是由进线开关的相关后备保护来兼顾的；但是进线开关与出线开关的保护需要相互配合；一般速断保护延时的级差至少为300毫秒，甚至500毫秒或更长；而过流保护的配合级差更是长达1～2秒。

所以，配电系统中、低压母线上所发生的任何故障都至少要延时切除。

换句话说，现有的厂用中、低压母线能在第一时间切除故障的保护还是个空白。

可是，我们只要稍加注意，就会发现，不论是中、低压（开关柜）母线的上游还是下游的诸多电气设备都配有快速保护。

相比之下，中、低压母线的安全性和可靠性却没有得到足够的重视。

鉴于中、低压母线的重要地位，任何故障的延时切除，都是我们极不愿意看到的状况。

因为开关柜内的各种故障，其短路电流所产生的电弧及其大量的高温，使柜内气体急剧膨胀，可在极短的时间内达到顶峰，严重危及人身和设备安全。

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。

电弧光保护系统在中低压母线保护中的应用的开题报告
一、研究背景
随着电力工业的快速发展，高压电力设备得到广泛应用。

在诸多的高压设备中，中低压母线是一个重要的组成部分，而其保护问题也逐渐成为电力工业研究的热点之一。

传统的中低压母线保护主要采用过电流保护或差动保护等技术，但其对于母线电
弧故障的保护能力相对较低，容易造成设备损坏，影响生产效率。

因此，电弧光保护
系统作为新型的母线保护技术逐渐得到应用，并在电力行业产生了良好的效果。

二、研究目的
本论文旨在探讨电弧光保护系统在中低压母线保护中的应用，并评估其在保护设备安全、提高生产效率和降低运营成本等方面的优势与局限性。

三、研究内容
1. 中低压母线电弧故障及其保护技术的现状分析。

2. 电弧光保护系统的基本原理和技术指标的介绍。

3. 根据电弧光保护系统的特点，探讨其在中低压母线保护中的应用。

4. 对比传统的过电流保护和差动保护技术及电弧光保护系统的保护能力。

5. 对电弧光保护系统的性能指标及其适用范围进行分析和评估。

6. 根据国内外相关文献和案例，总结电弧光保护系统在中低压母线上的应用现状和发展趋势。

四、研究意义
本论文研究电弧光保护系统在中低压母线上的应用，具有一定的科学性和实用性，可以为相关研究提供实用性的参考。

针对中低压母线电弧故障，通过实验研究和系统
分析，提高电力运维管理水平，减少电力事故的发生，保障系统的持续运行。

对于电
力工业以及相关领域，具有重要的理论与实践意义。

电弧光保护及其在中低压开关柜和母线保护中的应用的开题报告题目：电弧光保护及其在中低压开关柜和母线保护中的应用一、研究背景和意义：电弧现象是电力系统中普遍存在的一种现象，其会给电力系统带来安全隐患，造成生命财产损失。

针对这一问题，人们提出了电弧光保护技术，旨在检测并及时断开电弧的电路，有效地保护人员和设备的安全。

在中低压开关柜中，电弧光保护被广泛应用，其可通过检测电弧的特征信号，唤醒保护装置在毫秒级别内触发开关断路器，切断电流，从而保护电力系统的安全。

电弧光保护还可在母线保护中应用，以检测短路故障的发生和确定故障位置，在第一时间内采取保护措施，避免事故扩大。

二、研究内容和方法：本研究将围绕电弧光保护及其在中低压开关柜和母线保护中的应用展开研究，主要内容包括：（1）电弧光保护技术原理和实现方法的介绍。

（2）中低压开关柜中电弧光保护的应用场景、保护原理、装置选择原则及应用效果等方面的研究。

（3）母线保护中电弧光保护的应用场景、检测原理、位置识别方法及应用效果等方面的研究。

在研究方法方面，本研究将采用文献研究和案例分析相结合的方法，以深入探讨电弧光保护及其应用在电力系统中的具体实现方式和效果。

三、研究进展及预期成果：目前，国内外关于电弧光保护技术的研究已经开始出现，同时，中低压开关柜和母线保护中也开始广泛应用该技术。

通过对相关文献和案例的分析研究，本研究预期得出以下预期成果：（1）掌握电弧光保护技术的原理和实现方法，以及它在电力系统中的应用。

（2）探讨中低压开关柜和母线保护中电弧光保护的应用原理、检测方法、位置识别等问题，提供技术选择和应用建议。

（3）总结电弧光保护技术的应用效果及其对电力系统安全稳定运行的促进作用，为电力系统的智能化、自动化运行提供技术支持。

四、研究时间表：本研究的时间表如下：第一阶段（一个月）：文献调研和数据收集。

第二阶段（两个月）：对电弧光保护技术的原理和实现方法进行研究。

第三阶段（三个月）：对中低压开关柜中电弧光保护的应用进行研究。

弧光保护的应用方案及优势摘要：在变电站、电厂、工业企业等场合的中低压母线及开关柜中产生弧光短路时，弧光保护可以在传感器气的覆盖区域内快速定位动作，切断故障电流，最大限度的降低弧光短路对人员及设备的伤害。

弧光保护具有速动性、可靠性、选择性、灵敏性要求。

关键字：弧光保护、速动、可靠、灵敏、降低危害引言弧光短路在中低压母线及开关柜断路器端常有发生，容易引发设备损坏、爆炸，严重的会导致人员受伤。

在变电站、电厂、工业企业这样的运行环境复杂、运行要求高的场所，弧光保护能带来更快速、可靠、灵敏的安全保障。

一、一般容易引发弧光短路的主要原因有1.操作人员误操作行为：误入带点间隔、误操作隔离开关、带接地线合闸、误将工具遗漏在开关设备内等，人为失误造成的电气不规范操作，此类问题大面积存在。

2.电气因素：在施工接线或者后期维护的时候，电气连接错误、设备故障，引起的母线误接或者电气短路问题。

3.环境因素：随着设备运行时间的增加，绝缘老化、机械磨损、灰尘、温度、湿度及腐蚀，使得开关本体及辅助机械失去了原有的电气可靠性。

二、电弧光的危害1.弧光产生的瞬间，容易造成温度急升，导致铜牌等金属器件气化；严重的会导致压力上升过快，开关设备发生爆炸。

2.孤光故障出现后，瞬间提升的短路电流使上一级变压器承受近距离短路冲击，可能造成变压器绕组变形，进而造成变压器绕组的匝间短路。

3.并且瞬间高温、强光及爆炸会灼伤作业人员的皮肤、刺伤眼睛，泄露出有害气体也能直接对人体造成伤害。

三、传统方案及弧光保护方案的对比（一）传统的保护方案是采用中低压侧主变后备保护，线路保护设备的元件过流保护，有部分地区配置简易母差保护来实现。

1.各类元件保护动作的时间较长，主变后备一般在1S以上，线路间隔一般在200MS，母差保护在30~45ms。

当出现弧光短路时，主变后备和线路间隔动作明显缓慢，而母差保护在电网的10kV~35kV侧一般都不进行配置。

2.使用常规元件保护，施工接线复杂，需要接入模拟量、开入、开出，并且要配置公用设备采集设备信号。

中、低压母线发生短路故障时，所产生的电弧光对设备及人员会造成极大的伤害。

目前在国内中低压母线系统中一般不配置专用的快速母线保护，而是依赖上一级变压器的后备保护切除母线短路故障，这样导致了故障切除时间的延长，加大了设备的损伤程度，破坏严重时可能造成事故进一步扩大，威胁到系统的稳定运行。

弧光保护就是专门针对中低压母线的快速保护，使用感光探头监测开关柜内的电弧光，一旦发生闪弧，保护快速动作，一般在4ms以内，切除进线开关，这样就可以大大减少因为保护动作不够迅速引起的事故和损失！RIZNER－－弧光保护系统由三个不同的单元组成1.RIZNER－－弧光保护系统主控单元：管理控制整个系统2.RIZNER－－弧光保护系统弧光单元：电弧光检测单元3.RIZNER－－弧光保护系统电流单元：电流检测单元单元之间用光缆线和数据传输线连接，至电脑。

RIZNER－－弧光保护系统提供许多独特的优点1.可编程选择跳闸逻辑2.持续全面的自检功能3.一套系统即可保护很多独立的开关4.感光度可按实际情况调整5.可保护256个检测点6.对于不同类型的连接情况可灵活编程RIZNER－－弧光保护系统主控单元具备可编程逻辑功能。

可直接操作4 个断路器。

能够同时操作更多的断路器。

主控单元的有4 个数据传输接口，每个接口可联结6 个弧光或电流单元，共可接24 单元。

所有接口都能用不同的参数编程。

通过主控单元中的显示，可以准确判断电弧光和（或）过流的位置。

接口：4 数据传输接口、每个接口可联结6 个弧光或电流单元，共可接24 个弧光或电流单元。

弧光和（或）电流单元间为光纤联结输入：4＋16 路弧光探测光纤接口输出：4 路可控硅跳闸输出6 路常规继电器跳闸输出，所有输出逻辑可以自由编程辅助电压：12VDC电源：85-265VAC,80-350VDC功率：6W尺寸：宽92mm 高196mm 厚172mm安装：嵌入式门面安装RIZNER －－弧光保护系统弧光单元有10个弧光探测接口，感光度可从10KLUX 调节至50KLUX 输入：10个弧光探测光纤接口，建议光纤最长100 米1个数据传输接口1个跳闸信号输入光纤口输出：1个数据传输接口1个跳闸信号输出光纤口辅助电压：由主控单元提供的12VDC功率：1W尺寸：宽190mm 高130mm 厚45mm安装：DIN 导轨或者螺丝固定RIZNER －－弧光保护系统电流单元可联结1A 、2A 和5ACT 。

弧光保护在中低压系统中的应用探究第一章概述电弧光对供电系统的危害已经越来越受到人们的重视，特别是严重威胁开关柜、变压器的安全运行、同时也对操作人员带来了较大伤害的问题。

一种快速切断电弧光故障的保护应运而生，为人们指明了一条解决电弧光故障的道路，这种保护也越来越多的应用于电力系统中。

我国于2004年开始使用进口弧光保护，截至目前约70%~80%新建电厂采用了弧光保护；在企业配用电系统，也大量使用了弧光保护；一些省、市电力公司已下发专题文件，指出弧光保护的重要性，并强调必须安装。

可见，弧光保护的重要性已被人们逐渐认识和了解，不久的将来弧光保护将与传统常规保护并驾齐驱，在保障电力系统的安全和可靠性方面，发挥越来越重要的作用。

第二章弧光保护的用途及保护范围2.1.弧光保护的范围：弧光保护是向电气设备提供的保护装置，它具有多角度、多位置、大范围的监控功能和弧光定位功能。

其基本定位是当设备发生弧光短路故障时避免弧光对设备和人员造成伤害。

因此其覆盖的保护范围一般是在开关柜的母线室、断路器室和电缆室。

2.2.弧光保护的用途：目前弧光保护主要用于中压（６～３５ｋＶ）母线系统和开关柜内作为母线或馈线的保护，其功能和作用完全满足并优于现有各种原理的母差保护，可保护整段母线；当用于馈线柜保护时，可与过流保护配合作为开关柜的主保护，区别于过流保护的是判据不同，但功能相似，且更为灵敏。

当前大量采用的铠装金属封闭高压开关柜和抽屉式低压开关柜，由于元器件紧凑、空间狭小、爬电距离不够、运行条件恶劣、容易受到灰尘的污染而更易引起弧光放电，可选用弧光保护并结合传统保护的方式提高可靠性，而且投资省、接线简单、维护方便、效果显著。

第三章采用弧光保护的原因3.1.现阶段采用光保护主要基于以下几方面考虑：3.1.1.国内设计和典型做法：我国目前的典型做法，是变电所6-10kV母线一般不配置专用的快速母线保护，这符合国标《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》及现行的电力行业规程规范要求。