电弧光?；は低吃?5KV及以下开关柜?；ぶ械挠τ梅治?/h1>

更新时间：2025-03-04      浏览次数：253

安科瑞 陈聪

摘要：指出了电弧光产生的因素及危害，以光电式电弧光?；の樯艿缁」獗；は低车淖槌杉疤氐?，结合实际工程应用分析了电弧光?；さ亩髀呒肮收鲜北；さ亩鞴?，提出了作为一种新型?；ぷ爸?，电弧光?；ぴ砑虻?、动作可靠且速度较快，可以很好地应用于35kV及以下开关柜?；ぶ?。

关键词：电弧光；故障；?；?/span>

0引言

随着我国电力系统的发展，6～35kV开关柜的应用数量越来越多，由开关柜弧光短路故障引发低压母线故障日益增多，弧光短路严重烧毁开关设备的事故时有发生，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，这些事故若处理不当甚至会扩大发展为输电网事故，造成重大经济损失?？毓馡EC298标准规定内部燃弧耐受时间是100Ills，即开关柜可承受的电弧燃烧时间为100ms。发生弧光故障，在断路器动作跳闸切断故障前，短路电弧一直在燃烧，电弧燃烧的持续时间为?；ざ魇奔浼佣下菲魈⑹奔渲?。从开关柜方面考虑，要求?；ざ魇蔽视π∮?00ms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损害。对于变压器规定110kV及以上电压等级的变压器热稳定允许时间为2．0S，动稳定时间为0．25S。实际由于灵敏度等原因，变电站低压侧出口短路依靠主变压器后备过流?；で谐收系亩魇奔渫?S以上，离0．25S的变压器动稳定时间相差甚远，由此造成主变压器的损坏，同时危及母线、开关等设备。因此，为保证主变压器及母线、开关等设备的安全运行，有必要在变电站低压开关柜装设快速、可靠的?；ぷ爸?。

1电弧光产生的原因及特点

当两电*问电压升高时，在电*最近处空气中的正负离子被电场加速，在移动的过程中与其他空气分子碰撞产生新的离子，这种离子大量增加的现象称为“电离”?？掌坏缋氲耐?，温度随之急剧上升产生电弧，这种放电称为电弧光放电。电弧光放电一般不需要很高的电压，属于低电压大电流放电。它产生的条件是小间隙和大电流，如果增加间隙或减小电流，电弧将会消失。产品因绝缘损坏、元件老化、过电压、污染、腐蚀、柜体结构不合理、维护不到位、人为失误等因素均可导致故障电弧光的产生。故障电弧发展迅速、破坏力大、*易传播，电弧温度超过10000℃，弧光的光强度可超过正常的照明光强2000倍。当发生电弧光短路故障时有两个显著特征：电流，光强。

2电弧光?；そ樯?/span>

电弧光?；な歉?5kV及以下开关柜故障时的特征而开发的?；ぷ爸?，它采用检测弧光和过流双判据原理，具有原理简单、动作可靠迅速、对变电站一次设备无特殊要求、适应各种运行方式、且在各种运行方式下?；げ恍枰谢坏扔诺?，是变电站低压开关柜很好的?；づ渲?。本文主要以电弧光?；は低澄唇樯?，该电弧光?；は低呈褂霉庀思觳獾缁」庑藕?，配合过流判据，其快速继电器(采用可控硅开关)出口时间小于1ms，而常规继电器出口时间小于8ms，如果加上断路器35～6Oms的跳闸时间，即能够有效?；ぶ鞅溲蛊骷澳赶?、开关等设备。

2．1电弧光?；は低持饕氐?/span>

a)采用弧光检测及过流检测双判据原理，动作可靠。

b)弧光检测采用无源弧光探头，光纤传输长达100m，抗电磁干扰能力强。

c)采用光纤传输跳闸指令，可控硅开关出口，动作时间小于1ms。

d)显示故障位置，便于故障处理，提高恢复供电速度。

2．2系统组成

主要由主控单元、弧光单元、电流单元组成，单元之间用光缆线和数据传输线连接。电弧光?；は低巢捎梦⒋砥骺刂葡低彻δ?，通过编程可匹配不同的运行方式。

2．3各单元功能

2．3．1主控单元

管理控制整个系统，主控单元通过检测过电流和弧光动作信号，对收集的数据进行处理、判断，发出跳闸信号以切除故障。系统只有同时检测到弧光和过流时才发出跳闸命令。仅有弧光动作信号或者过电流信号，系统不会输出跳闸命令，但是在主控单元上会显示报警信号。

主控单元具备可编程逻辑功能，可直接操作4个断路器。通过快速继电器能够同时操作更多的断路器。主控单元有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个弧光或电流单元。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过流的位置。

2．3．2弧光单元

通过安装在开关柜内的弧光传感器(弧光探头)，把弧光信号转换为电信号输出至主控单元，作为?；ざ鞯囊桓雠芯?。

2．3．3电流单元

通过对进线电流的检测，把过电流信号输出至主控单元，作为?；ざ鞯囊桓雠芯?。

3实际应用分析

3．1某变电站35kV系统电弧光?；づ渲萌缤?所示。

35kVI段、Ⅱ段各配置一套电弧光?；ぷ爸肂H1和BH2，两套?；ぶ洳捎霉庀送ㄑ读?。

图1电弧光?；づ渲猛?/span>

两套?；ぷ爸梅直鸢沧坝?号及2号主变35kV开关柜内，电弧光传感器安装在各开关柜母线室内，以确保母线室内发生任何弧光故障时都能感受弧光，发出动作信号。

3．2电弧光?；ざ髀呒治?/span>

图2为一台电弧光?；ぷ爸寐呒?，对侧另一台弧光?；ぷ爸寐呒加氪讼嗤?。

图2电弧光?；ぷ爸寐呒?/span>

动作分析如下。本侧弧光信号动作，H1动作，同时本侧过流起动，Y2动作，通过快速接点(可控硅开关)跳进线开关。对侧弧光信号动作输入本装置，同时本侧过流起动，Y1动作，通过快速接点(可控硅开关)跳分段开关。本侧弧光信号动作、对侧弧光信号动作、本侧

过流起动任一条件满足，H2动作，装置发弧光或过流报警信号。本侧弧光信号动作，H1动作，经SC1把该信号通过光纤传至对侧弧光?；ぷ跋?，作为对侧弧光?；ざ鞯囊桓雠芯?。

3．3不同运行方式下?；ざ鞣治?/span>

如图3所示。

图3电弧光?；ぷ爸枚魇疽馔?/span>

3．3．1运行方式一

1DI3DI合位，2DI分位，由1号变带I、Ⅱ段母线。如故障发生在K2处，l号?；ぷ爸肂H1收到2号?；ぷ爸肂H2发来的Ⅱ段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ぬ?DI切除故障。BH2由于本侧电流不起动，?；げ欢?。动作结果是切除Ⅱ段母线，l段正常供电。如故障发生在K1处，l号?；ぷ爸肂H1收到本侧发的I段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ぬ?DI切除故障。BH2由于本侧电流不起动，?；げ欢?。动作结果是切除I、JI段母线。

3．3.2运行方式二

2DI、3DI合位，11)L分位，由2号变带I、Ⅱ段母线。如果故障发生在K1处，2号?；ぷ爸肂H2收到1号?；ぷ爸肂H1发来的I段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ぬ?DL切除故障。BHJ由于本侧电流不起动，?；げ欢?。动作结果是切除I段母线，Ⅱ段正常供电。如果故障发生在K2处，2号?；ぷ爸肂H2收到本侧发的Ⅱ段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ぬ?DI切除故障。BH1由于本侧电流不起动，?；げ欢?。动作结果是切除l、Ⅱ段母线。

3．3．3运行方式三

1DI2DI3DI合位，由1号、2号变同时带I、Ⅱ段母线。如果故障发生在K1处，2号?；ぷ爸肂H2收到】_号?；ぷ爸肂H1发来的I段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ざ魈?DI；1号?；ぷ爸肂H1收到本侧发的l段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ざ魈?DI。动作结果是切除l段母线，Ⅱ段正常供电。如果故障发生在K2处，1号?；ぷ爸肂H1收到2号?；ぷ爸肂H2发来的Ⅱ段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ざ魈?DI；2号?；ぷ爸肂H2收到本侧发的I1段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ざ魈?DI。动作结果是切除Ⅱ段母线，I段正常供电?？杉?，在各种运行方式下，电弧光?；ぷ爸镁哂泻芎玫难≡裥?，可以快速地切除故障点，同时保证正常母线供电。

4电弧光?；さ恼坝τ米⒁馐孪?/span>

4．1整定本?；ぷ爸糜辛礁龆ㄖ?，即过电流定值、光强度定值。

过电流定值通过装扳上的电位器整定，整定范围是(50～500)×J，，为电流互感器二次额定电流值，装置的额定电流可以设置为5A或1A。低压侧母线发生故障时短路电流可达到几千乃至上万安培电流，出厂定值为250×。光强度定值通过装置面板上的电位器整定，整定范围是1O～50klux(1ux勒克司，照度单位，为距离一个光强1cd的光源，在1m处接受的照明强度)。当开关柜发生弧光短路时，光强度可达到100klux，出r一定值为30klUX。当对?；ぷ爸媒惺匝槭?，可将定值调为10klux，此时用*光手电筒近距离照射弧光传感器探头，可发出弧光动作信号，试验完毕应将定值调回。

4．2应用注意事项

光强度定值整定30klux时，一般的环境光线甚至强光手电筒照射也难以启动弧光传感器，不必担心弧光传感器误动作。发生开关柜区外出口附近短路时，短路电流很大，有可能过流起动，但是没有弧光动作信号，?；ぷ爸弥皇欠⒊龉髌鸲藕哦惶⒊隹?，运行值班人员可以根据装置面板上信号灯进行分析判断。同时本侧过流起动，?；ざ魈?DI；1号?；ぷ爸肂H1收到本侧发的l段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ざ魈?DI。动作结果是切除l段母线，Ⅱ段正常供电。如果故障发生在K2处，1号?；ぷ爸肂H1收到2号?；ぷ爸肂H2发来的Ⅱ段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ざ魈?DI；2号?；ぷ爸肂H2收到本侧发的I1段弧光动作信号，同时本侧过流起动，?；ざ魈?DI。动作结果是切除Ⅱ段母线，I段正常供电?？杉?，在各种运行方式下，电弧光?；ぷ爸镁哂泻芎玫难≡裥?，可以快速地切除故障点，同时保证正常母线供电。

5电弧光?；さ恼坝τ米⒁馐孪?/span>

5．1整定本?；ぷ爸糜辛礁龆ㄖ?，即过电流定值、光强度定值。

过电流定值通过装扳上的电位器整定，整定范围是(50～500)×，，为电流互感器二次额定电流值，装置的额定电流可以设置为5A或1A。低压侧母线发生故障时短路电流可达到几千乃至上万安培电流，出厂定值为250×。光强度定值通过装置面板上的电位器整定，整定范围是1O～50klux(1ux勒克司，照度单位，为距离一个光强1cd的光源，在1m处接受的照明强度)。当开关柜发生弧光短路时，光强度可达到100klux，出r一定值为30klux。当对?；ぷ爸媒惺匝槭?，可将定值调为10klux，此时用*光手电筒近距离照射弧光传感器探头，可发出弧光动作信号，试验完毕应将定值调回。

5．2应用注意事项

光强度定值整定30klux时，一般的环境光线甚至强光手电筒照射也难以启动弧光传感器，不必担心弧光传感器误动作。发生开关柜区外出口附近短路时，短路电流很大，有可能过流起动，但是没有弧光动作信号，?；ぷ爸弥皇欠⒊龉髌鸲藕哦惶⒊隹?，运行值班人员可以根据装置面板上信号灯进行分析判断。

6安科瑞ARB6产品功能

型号和主要功能			ARB6-A6	ARB6-A12	ARB6-A18	ARB6-A24	ARB6-A30
硬 件 资 源	弧光探头信号采集		6	12	18	24	30
	电流采集		4组3相电流，共12路电流通道
	电压采集		3路零序电压，共3路电压通道
	开入量采集		5	22	5	22	5
	继电器输出		14路?？隹冢ㄆ渲?路高速出口）和2路常闭出口
	2路RS485接口		√
	1路以太网接口		√
	第2、3路以太网接口		■
	GPS对时		√
	USB接口		√
保 护 功 能	弧光?；?/span>	弧光单判据	√
		弧光与电流双判据	√
		弧光与零序电压双判据	√
	弧光监测及故障点定位		√
	弧光探头及光纤链路实时自检		√
	失灵?；?/span>		√
	CT断线监测		√
	非电量?；?/span>		√
	装置异常告警		√
	检修状态闭锁		√
	故障录波		√
通信规约	Modbus		√
	IEC101		√
	IEC103		√
	IRIG-B		√
	LoopBack		√

注：√表示具备此功能，■表示可选功能。

6.1产品选型指标配置

外形		型号	指标	配置
		ARB6-A6	动作时间： 弧光单判据≤3.8ms 弧光电流双判据≤7.8ms	0.4kV~35kV：每段母线配置1台主机。
		ARB6-A12
		ARB6-A18
		ARB6-A24
		ARB6-A30
		选配	第2、3路以太网接口
		ARB-S0	无源型广角宽光谱探头 （不含电池、免维护） 自带滤光功能 全绝缘、不含金属成分 （没有电气安全隐患） 配套双股阻燃光纤（20米）	高压柜：母线室配置1个弧光探头，手车室和电缆室可按需各配置1个弧光探头。 低压柜：正对主母排处配置1个弧光探头。
		ARB-S1	无源型广角紫外光探头 （不含电池、免维护） 自带滤光功能 ST标准接口 （国网应用） 配套双股阻燃光纤（20米）

6.2开孔尺寸

6.2.1ARB6弧光?；ぷ爸冒沧拔恢煤涂壮叽?。

ARB6弧光?；ぷ爸冒沧笆毙杩悸强毓癜沧翱占?，与?；し段诘缭唇呋芈返腡A回路连接、?；ぬ⒒芈妨?，原则上采用就近安装方式，避免TA采集回路、跳闸回路连线过长，一般安装于主变压器中、低压侧进线柜或TV柜柜门上，建议采用面板开孔安装。

ARB6弧光?；ぷ爸猛庑魏涂壮叽缛缦?。（尺寸单位：mm）

左视图正视图开孔图

6.2.2ARB-S弧光探头固定方式和开孔尺寸

ARB-S弧光探头固定在卡扣支架上，卡扣支架需要开孔安装?？壑Ъ艿目壮叽缥?0mm（直径）。

 

6.3探头安装位置

6.3.1母线室弧光探头安装

6.3.2手车室弧光探头安装

6.3.3电缆室弧光探头安装

7结束语

随着微机和光电技术的发展，各种新型原理的?；ぷ爸貌欢铣鱿?，电弧光?；ぷ魑恢终攵缘脱箍毓窆收咸匦钥⒌谋；ぷ爸?，原理简单，动作进行规范完善，并注重工作人员的技术培训工作。在对行架结构比较复杂的线路进行测温时，要充分应用技术分析，选择适当的测温角度和测温点，以减小测量误差。同时要加强操作人员对设备的熟悉掌握程度，使工作人员能够准确读取红外测温仪上的读数，确保测温结果的正确性。

参考文献：

[1]高卫东．电弧光?；は低臣坝τ梅治觯?/span>

[2]刘万顺．电力系统故 障分析 EM]．北京 ：中国电力出版社，1998： 2060．

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5（版）.

 

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