電弧光故障實例分析

1.裝設電弧光保護的必要性

電弧保護在國外已有近二十年的歷史，第一套保護裝置在1995年就已經投運，中國以前的進口機組在引進時由國外成套配有電弧光保護（如國華天津盤山電廠），國產機組2000年第一套裝置開始運行，為保護設備的安全運行起到了重要作用。電弧光的發生是多方面的，引起的后果也是非常嚴重。開關設備內電弧光產生的人為原因有：誤入帶電間隔；隔離開關誤操作；忘記在工作區接地；忘記測量工作區內的電壓。

開關設備內電弧光產生的技術原因有：設備故障和帶電設備的誤操作；設備正常檢修后，遺漏工具在開關設備內；錯誤的接線和母線連接；絕緣老化和機械磨損、過電壓、小動物（尤其是老鼠）、灰塵、溫度、濕度、腐蝕、等環境因素。

開關設備運行中電弧光產生的技術原因有：開關柜在運行中發生的大量電弧光故障事故，多是由于環境條件的影響，使絕緣材料受潮，設備絕緣表面產生凝露和附著污穢，因而設備絕緣水平下降造成事故

2.電弧光的危害

開關設備電纜間隔發生故障產生的電弧使開關設備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時切除，將造成以下幾個方面的重大損害：

①電弧溫度相當太陽溫度的2倍，大約為10000℃，由于過熱將導致銅排、鋁排熔毀，氣化；

②電纜熔毀，電纜包覆層的著火；

③過熱導致壓力上升，使開關設備爆炸；

④開關設備強烈振動，使固定元件松脫；

⑤高溫燒灼皮膚，強光刺傷眼睛；

⑥產生大量的有害氣體，傷害呼吸系統；

⑦爆破音震損耳膜、肺臟；

⑧碎片飛射，造成人員傷害，甚至死亡。

電弧故障的危害程度取決于電弧電流及切除時間，電弧產生的能量與I2t成指數規律快速上升。只有總切除時間小于85ms，才能使設備不遭受損害，總切除時間大于100ms，將會對設備造成不同程度的損害。

3.電弧光故障實例

1982年8月，北京供電局大郊亭變電所，由于連續下雨，導致配電室電纜溝進水，開關柜絕緣受潮，造成開關柜相間弧光故障，燒毀開關柜1臺，燒損8臺，燒毀電流互感器4只，支柱絕緣子40多支，隔離開關7組，致使全部連續停電數天。

1986年2～10月，湖南金竹山電廠連續六次發生廠用電6kV開關柜內電弧光故障起火，燒毀、燒損開關柜9臺、支柱絕緣子近百個，其他設備數十件、造成機組甩負荷，機爐停運。

1985年天津變電所合閘送電時，開關柜發生弧光故障，引起避雷器爆炸、配電室起火，燒毀開關柜8臺。

1986年唐山某變電所開關柜運行中誤操作，絕緣隔板燒焦起火。

1987年6～7月河南焦作東郊變電所，分別發生兩起由于開關觸頭絕緣板放電，燒毀斷路器，以及開關柜母線支柱絕緣子閃絡、炸裂，造成三相短路的事故。

2001年2月13日9：35分，上海華陽橋大江肉食品廠高壓配電室4#柜，A相支持白料絕緣擊穿而爆裂，相鄰B相母排上有明顯放電、被灼傷痕跡。

2000年11月4日，安徽省某化肥廠合成氨車間碳化工段發生了一起維修人員被電弧灼傷的事故。

4.目前用于中、低壓母線的保護及其局限性

目前在中、低壓母線系統中常用的保護有以下三種：

①變壓器后備過流保護（典型的保護動作時間為1.2s～1.4s）

②采用饋線速斷保護閉鎖的變壓器后備過流保護(典型的保護動作時間為300ms～400ms)

③高阻抗保護(典型的保護動作時間為35ms～60ms)

①和②兩種保護對總切除時間小于100ms的要求來講，時間太長；而③保護的保護范圍受CT安裝位置的限制，且價格昂貴。電弧光保護提供了15ms的跳閘輸出，所以總切除時間為80ms～100ms,且在開關設備外觀上無明顯損壞。表1為電弧光保護與過流保護的時間對照。

表1電弧光保護與過流保護的時間對照

電弧光保護

一般過流保護

測量

1ms

20ms

計算

不需要

2ms

自我檢測

隨時

2ms

輸出接點

4～6ms

6～10ms

其它

不需要

10ms

總和

5～7ms

40～44ms

5.電弧光保護原理

電弧光保護主要動作依據為故障產生的兩個不同因素：弧光及電流增量。當同時檢測到弧光和電流增量時發出跳閘命令。電弧光保護由三部分組成：電弧光保護主單元、電弧光保護輔助單元和弧光傳感器。弧光傳感器可放置在開關設備的任何位置，根據弧光傳感器的實際物理位置可實現保護分區的功能，并在電弧光保護主單元上顯示故障發生的位置，此功能可減少斷電的處理時間，使快速恢復供電成為可能。

在變電站發生單相接地故障，并發展成兩相對地故障：由于安裝了電弧光保護作為母線保護，所以在85ms內切除故障，開關設備從外觀上無明顯損壞。通過弧光傳感器地址很快確定故障點，找到發生故障的電纜，僅提供簡單的修理，便在很短時間內恢復供電。

如果不使用電弧光保護作為母線保護，而是使用傳統的過流和零序過流保護，切除時間在300ms～1.2s之間，由于切除時間過長，造成了斷路器的重大損害和全部母線室內母線的熔毀，在24小時內難以恢復供電，使大量的工廠停電，無法生產，造成大量的經濟損失。

6.電弧光保護的特點及系統構成

電弧光保護系統通過檢測開關柜內部發生故障時產生弧光這一特點，結合過流閉鎖這一原理，動作快速可靠、系統配置簡單、適應性強，是目前較理想的母線保護解決方案，其特點如下。

①原理簡單：通過檢測電弧光，結合過流閉鎖，結構簡單；

②動作迅速可靠：通過檢測電弧光信號，整套母線的保護動作時間可達5～7ms；采用檢測弧光信號和過流閉鎖的雙判據原理，可實現保護的可靠動作；整套系統連續自檢，充分保證整套系統工作的安全性和可靠性。

③故障點定位：控制部分可顯示弧光發生點位置，方便快速處理故障、恢復供電。

④斷路器失靈保護：在主斷路器拒動時發出跳閘指令跳上一級斷路器，提高保護系統的安全性。

⑤配置靈括、適應性強：

通過交換弧光和過流動作信息，可過各段母線提供有選擇性的保護，可適用于各種運行方式，且在各種運行方式下保護不需切換。

電弧光母線保護由以下幾部分構成。

①主單元。主單元包含有電流檢測和斷路器失靈保護，它通過檢測短路電流和來自電弧光傳感器的動作信息，并對收集的數據進行處理、判斷，在滿足跳閘條件時，發出跳閘命令以切除故障。在進線斷路器不能切除故障時，它將啟動斷路器失靈保護邏輯，發出跳閘命令給上級斷路器來切除故障。此外，主單元根據輔助單元傳送來的弧光傳感器動作信息和溫度傳感器測量的溫度，提供弧光故障點的定位和溫度報警信息。

②輔助單元。當系統發生弧光故障時，輔助單元收集來自電弧光傳感器的動作信息并傳送給主單元，在主單元上顯示輔助單元和弧光傳感器的地址編號，有利于及時準確故障定位開關柜，為檢修提供信息。

③電弧光傳感器。專用于母線保護的弧光傳感器安裝在開關柜的母線室內，它作為光感應元件，將檢測在發生弧光故障中突然增加的光強，并將光信號轉換成電流信號傳送給輔助單元。