CN103580005A - 一种新型的弧光保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种新型的弧光保护方法，其可以在未到达额定最大电流值时进行判断，避免弧光短路故障对开关柜、主变压器或者厂用变压器免受严重冲击而损坏；防止波及占用直流系统，造成巨大的经济损失，具有应用前景广、实用性强的特点。

Description

一种新型的弧光保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统保护领域，特别涉及一种新型的弧光保护方法。

背景技术

随着电网的快速发展，110kV及以上电压等级均已有比较成熟的保护措施，6kV（10kV）到35kV这个电压等级范围内厂用中压配电开关柜为全厂辅机/供电系统的供电枢纽，在发生内部故障时是否能迅速切除故障，对全厂（变电站）配电系统的安全运行至关重要，但是按目前的保护方案：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。

鉴于中压母线的重要地位，任何故障的延时切除，都是我们极为不愿意看到的现状，因为开关柜内的电弧光发生时产生的高温、高压、弧光、振动、爆破音给开关柜等相关设备造成严重的损伤，甚至波及到变压器，造成变压器的烧毁，严重危及人身的安全，从而造成巨大的经济损失。如2009年安徽电力公司某供电局220kV变电站35kV开关柜误操作电弧光事故造成一人死亡；2009年重庆某电厂厂用电进线柜电流互感器绝缘电弧光故障造成停机及厂用变压器返厂维修；2011年云南电网公司“2.24”事故，怒江供电局某变电站因电弧光事故造成一人死亡。

由于多年运行表明中低压配电柜内部弧光保护对人身及设备带来极大的损害，各国电力专家开始对电弧光故障进行研究及认识。国际电工委员会IEC修订了其IEC60298-2003标准了中压开关柜内部电弧光故障产生的原因、解决方案及测试方法，加拿大电力和电子制造商协会（EEMAC）制定了在内部弧光故障的条件下金属铠装开关柜电阻的测试规则，美国出版了IEEE C37.20.7中压金属铠装开关柜内部弧光故障的测试导则。此外美国在电力职业安全生产方面针对电弧光弧闪事故建立了相关标准和要求，美国国家防火协会（NFPA）,作为美国国家电力规范（NBC）的一个补充，制定了NFPA 70E-2004职业电力安全要求标准。国内根据IEC60298-2003标准制定我国现有标准GB 3906-2006《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》，定义了内部电弧级开关设备和控制设备（IAC），其内部故障电弧试验规定为必做的型式试验。 

近年来由于对内部故障电弧特征参数的不断了解，中压开关柜相关新标准对防弧光故障要求的不断提高，国内一些专家一直强调装设专用中低压母线保护的重要性，用户也希望可以提供一种造价偏低，原理简单，适用于6-35kV的母线保护，以最大限度减小母线故障对设备的损害，提供供电可靠性，作为最快速度的专用母线弧光保护系统应运而生，它不仅能很好地应用于新装开关柜里也能方便地加装到已运行的开关柜中，其目标就是在第一时间里切除弧光故障使人身伤亡及设备损害降至最低，与其他专用母线保护相比有价格优势。

发明内容

本发明就是针对以上问题，克服短路故障幅值保护时电流有效值过大的问题，提出一种可以在短路故障刚发生时有效进行监测、处理的弧光保护方法，本弧光保护方法均由主控单元和传感器单元二部分组成。

本发明采用的方案为：一种新型的弧光保护方法由主控单元和传感器单元二部分采集、运算数据，其中主控单元为一个以上，主控单元是弧光保护系统的中心管理单元，主要完成电流的测量计算、开关失灵保护、电流定值的管理、跳闸出口的启动、弧光探测信号的自动采集、逻辑设置管理、对有关弧光探头的持续监视、保护跳闸启动方案的选择、故障方位的精确定位、故障信息的管理等，每个主控单元可连接多个辅助单元；传感器单元包括弧光探头和电流单元，弧光探头是一种光感应元件，采集开关柜、整流柜内的弧光，并传递给弧光保护的辅助单元，电流单元采集监视相关设备的电流状况，电流单元判据和弧光单元判据共同满足要求时，弧光保护方法才开始动作。安全系数取为大于等于2.0，小于等于5.0。

弧光单元判据为波长为600-800nm时弧光的光照度，当大于等于阈值时，弧光保护判据满足要求；当小于阈值时，弧光保护判据不满足要求。电流单元采用电流互感器罗氏线圈进行采集。

电流单元判据判断采用的方法为：

第一步：对电流单元采集到的电流信号，进行傅里叶变换，得出电流基波幅值的有效值；

第二步：动作斜率系数=（下一采集点电流基波幅值的有效值-本采集点电流基波幅值的有效值）/(本采集点电流基波幅值的有效值-上一采集点电流基波幅值的有效值)，当本采集点电流基波幅值的有效值*动作效率系数大于等于最大电流值时，电流单元判据满足要求；当小于该值时，电流单元判据不满足要求。 

第三部，如果电流单元判据满足要求，直接发送命令给弧光保护方法，如果电流单元判据不满足要求，重复第一步骤；

下一采集点电流基波幅值的有效值中下一采集点可以采用多个采集值的平均值或算术平方根或数学运算得到的数值。最大电流值可采用最大电流基波有效值或最大电流基波有效值*安全系数。

弧光保护系统的好处：

（1）保护附件工作人员免遭电弧光对人身的伤害；

（2）保护中低压设备免受严重破坏、防止火灾发生；

（3）保护主变压器或者厂用变压器免受严重冲击而损坏；

（4）防止波及占用直流系统，造成巨大的经济损失；

(5)最大限度地减小用户的停电时间（用户停电恢复时间，由原来的几个星期或几天减少至几个小时以内）。

（6）延长现有开关相关设备的使用寿命。

附图说明

图1为弧光保护方法原理图。

具体实施方式

下面结合附图1详细介绍实施方式：

101步骤，主要利用罗氏线圈采集电流信号，然后对电流单元进行傅里叶变换，得出电流基波幅值的有效值；102步骤中，动作斜率系数=（下一采集点电流基波幅值的有效值-本采集点电流基波幅值的有效值）/(本采集点电流基波幅值的有效值-上一采集点电流基波幅值的有效值)，当本采集点电流基波幅值的有效值*动作效率系数大于等于最大电流值时，电流单元判据满足要求；当小于该值时，电流单元判据不满足要求，在这个过程中额定最大电流值可以灵活掌握，如果采用额定最大电流值时，即使弧光保护方法动作也不会对变压器、开关柜造成任何损伤，如果要把保护装置动作风险降到最低，也可优选为将最大电流值采用额定最大电流值*安全系数，这样保护装置动作时，短路故障还没有造成较大的破坏，也起到基本的保护；103步骤中，如果电流单元判据满足要求，如果电流单元判据不满足要求，重复101步骤。 

104步骤中，当大于等于阈值时，参考阈值可为500-800Lux，弧光保护判据满足要求，直接发送命令给105，当小于阈值时，弧光保护判据不满足要求，重复采集弧光判据，进行104步骤。

105步骤中，主要对电流单元和弧光单元的结果进行与运算，如果两个判据均满足进行106步骤，弧光保护方法进行动作，否则只有一个判据满足要求或者每个判据都不满足要求，105步骤中不予进行处理。

Claims (7)

1.一种新型的弧光保护方法，其特征在于：包括主控单元和传感器单元两部分采集、运算数据，其中主控单元为一个以上，主控单元设为弧光保护系统的中心管理单元，完成电流的测量计算、开关失灵保护、电流定值的管理、跳闸出口的启动、弧光探测信号的自动采集、逻辑设置管理、对有关弧光探头的持续监视、保护跳闸启动方案的选择、故障方位的精确定位、故障信息的管理；每个主控单元可连接多个辅助单元；传感器单元包括弧光探头和电流单元，弧光探头采用光感应元件，用于采集开关柜、整流柜内的弧光，并传递给弧光保护的辅助单元，电流单元采集监视相关设备的电流状况，电流单元判据和弧光单元判据共同满足要求时，弧光保护方法才开始动作。

2.根据权利要求1所述的一种新型的弧光保护方法，其特征在于：弧光单元判据波长为600-800nm时弧光的光照度，当大于等于阈值时，弧光保护判据满足要求；当小于阈值时，弧光保护判据不满足要求。

3.根据权利要求1所述的一种新型的弧光保护方法，其特征在于：电流单元采用电流互感器罗氏线圈进行采集。

4.根据权利要求1所述的一种新型的弧光保护方法，其特征在于：电流单元判据判断采用的方法为：

第一步：对电流单元采集到的电流信号，进行傅里叶变换，得出电流基波幅值的有效值；

第二步：动作斜率系数=（下一采集点电流基波幅值的有效值-本采集点电流基波幅值的有效值）/(本采集点电流基波幅值的有效值-上一采集点电流基波幅值的有效值)，当本采集点电流基波幅值的有效值*动作效率系数大于等于最大电流值时，电流单元判据满足要求；当小于该值时，电流单元判据不满足要求。

5.第三部，如果电流单元判据满足要求，直接发送命令给弧光保护方法，如果电流单元判据不满足要求，重复第一步骤；

根据权利要求3所述的一种新型的弧光保护方法，其特征在于：下一采集点电流基波幅值的有效值中下一采集点可以采用多个采集值的平均值或算术平方根的数值。

6.根据权利要求3所述的一种新型的弧光保护方法，其特征在于：最大电流值采用最大电流基波有效值或最大电流基波有效值*安全系数。

7.根据权利要求6所述的一种新型的弧光保护方法，其特征在于：安全系数取为大于等于2.0，小于等于5.0。