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摘要：介紹了電弧光保護(hù)裝置的組成,對火力發(fā)電廠高壓廠用電系統(tǒng)保護(hù)的現(xiàn)狀及存在的不足進(jìn)行了分析,以一個典型的2×300MW火力發(fā)電廠工程為例,討論了高壓廠用電系統(tǒng)電弧光保護(hù)裝置的設(shè)計應(yīng)用方案,對電弧光保護(hù)裝置的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：電弧光保護(hù)；高壓廠用電系統(tǒng)；應(yīng)用
0引言
隨著我國電網(wǎng)特高壓、大電網(wǎng)發(fā)展的不斷深化,對于發(fā)電廠安全、可靠運(yùn)行的要求不斷提高。作為電網(wǎng)中的主要電源,火力發(fā)電廠的安全可靠性直接影響電網(wǎng)的安全可靠性。高壓廠用電系統(tǒng)的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個電廠的安全可靠性,因此,高壓廠用電系統(tǒng)的保護(hù)顯得至關(guān)重要。
按照我國現(xiàn)行的廠用電和繼電保護(hù)設(shè)計規(guī)程規(guī)范,高壓廠用電系統(tǒng)一般不配置快速母線保護(hù),而是由上元件的后備保護(hù)來切除母線短路故障。此種配置導(dǎo)致故障切除時間延長,加大了設(shè)備的損害。近年來,隨著系統(tǒng)短路電流的不斷增長,由于廠用電系統(tǒng)短路故障切除不及時引起的電弧光對設(shè)備及人員造成傷害的事故時有發(fā)生,為防止該問題而設(shè)計的電弧光保護(hù)系統(tǒng)在火電廠中也有了應(yīng)用。本文主要從電弧光保護(hù)的原理、構(gòu)成及其在火電廠高壓系統(tǒng)應(yīng)用的典型方案出發(fā),對該保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行探討。
1火力發(fā)電廠高壓廠用電系統(tǒng)的保護(hù)現(xiàn)狀
根據(jù)GB/T14285—2006《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》和DL/T5153—2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》,針對高壓廠用電源及母線故障的保護(hù)配置一般為:
相間短路故障保護(hù)。廠用變壓器裝設(shè)過電流保護(hù),用于保護(hù)變壓器及相鄰元件的相間短路故障,保護(hù)裝于變壓器電源側(cè);在二次側(cè)(3kV,6kV,10kV)母線斷路器上裝設(shè)電流速斷保護(hù),帶時限動作于該分支斷路器。
單相接地故障保護(hù)。300MW機(jī)組高壓廠用電源多為低電阻接地系統(tǒng),其廠用母線和廠用電源回路的單相接地保護(hù)由接于電源變壓器中性點的電阻取得零序電流來實現(xiàn),保護(hù)動作后帶時限切除該回路斷路器。
綜上所述,高壓廠用母線不配置快速母線保護(hù),而是由上元件的后備保護(hù)來切除母線短路故障,故障切除時間延長。
2電弧危害和電弧光保護(hù)的原理
2.1電弧造成的危害
高壓開關(guān)柜內(nèi)斷路器設(shè)備發(fā)生短路時產(chǎn)生的電弧使開關(guān)柜內(nèi)的溫度、壓力迅速上升,從而造成重大危害。
(1)電弧溫度高,由于過熱造成母線銅排、鋁排熔毀,電纜熔毀,電纜絕緣層著火,嚴(yán)重時引發(fā)配電室或電纜溝火災(zāi)。
(2)壓力、溫度劇增造成開關(guān)設(shè)備爆炸。
(3)碎片飛射、高溫、強(qiáng)光、有害氣體、爆炸音等造成人員傷害。
(4)由于弧光引起事故擴(kuò)大,會造成更大面積的停電和火災(zāi)事故,導(dǎo)致停機(jī)或全廠停電。
2.2電弧光保護(hù)的原理
電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要是基于弧光增量動作判據(jù),并輔以電流增量動作判據(jù),當(dāng)2個判據(jù)均發(fā)出跳閘令時,動作跳閘。電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要由2部分組成:弧光傳感器和控制保護(hù)主單元?；」鈧鞲衅鞣稚⒉贾迷诟邏洪_關(guān)柜內(nèi)的母線室和斷路器室內(nèi);控制保護(hù)單元集中布置在電源柜內(nèi),采集弧光傳感器及電流傳感器的動作數(shù)據(jù),實現(xiàn)控制保護(hù)邏輯及跳閘輸出。電弧光保護(hù)系統(tǒng)的故障切除總時間為80～100ms,可避免設(shè)備受電弧危害而損壞。
2.3電弧光保護(hù)的特點
電弧光保護(hù)采用弧光作為故障主判據(jù)并采用過電流作為閉鎖條件,原理簡單,同時也保證了可靠性。另外,該整套保護(hù)系統(tǒng)具有較好的速動性,可快速切除高壓廠用母線的短路故障,防止設(shè)備損壞和人員損傷。由于弧光傳感器定值的整定無成熟的規(guī)范依據(jù),因此,該保護(hù)系統(tǒng)需要更多的運(yùn)行經(jīng)驗,弧光傳感器的元件質(zhì)量也直接影響保護(hù)系統(tǒng)的性能。
3電弧光保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成
電弧光保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示,該系統(tǒng)一般包含4個部分。
圖1電弧光保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
(1)控制保護(hù)主單元。主單元包含電流檢測和控制保護(hù)功能,通過分析處理電流檢測數(shù)據(jù)和來自弧光傳感器的動作信息,在滿足跳閘條件時,發(fā)跳閘令切除故障。主單元一般具有斷路器失靈保護(hù)功能,在進(jìn)線斷路器不能切除故障時,啟動失靈保護(hù)邏輯,跳上斷路器。此外,主單元還應(yīng)具有數(shù)據(jù)傳輸、故障信息上傳、就地顯示等功能。
(2)弧光傳感器。弧光傳感器分散安裝于開關(guān)柜母線室和斷路器室內(nèi),作為光感應(yīng)元件,應(yīng)檢測在故障中增強(qiáng)的光強(qiáng)并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送給輔助單元。
(3)輔助單元。輔助單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi),收集來自弧光傳感器的故障動作信息并匯總上傳給主單元。每個輔助單元可接入多個弧光傳感器。
(4)輔助元件有通信電纜等,主要用于聯(lián)結(jié)以上3部分設(shè)備,共同組成完整的電弧光保護(hù)系統(tǒng)。
4高壓廠用電系統(tǒng)電弧光保護(hù)典型方案
在典型的2×300MW火力發(fā)電廠工程中,每臺機(jī)組設(shè)1臺高壓廠用工作變壓器和2段高壓廠用母線。高壓廠用工作變壓器低壓側(cè)采用雙分裂繞組,2個繞組分別接入對應(yīng)的高壓母線段,高壓母線備用電源引自全廠公用的啟動備用變壓器。下面介紹一種應(yīng)用于上述工程條件的高壓廠用電系統(tǒng)電弧光保護(hù)的典型設(shè)計方案。
4.1主單元的配置
電弧光保護(hù)系統(tǒng)及主單元按高壓廠用電母線段配置,即每段高壓廠用母線配置1套電弧光保護(hù)系統(tǒng)。在工作電源進(jìn)線開關(guān)柜配置1臺主單元,用于工作進(jìn)線的電流檢測和整個系統(tǒng)的控制保護(hù);同時,在備用電源進(jìn)線柜配置1臺電流輔助單元,用于備用電源進(jìn)線的電流檢測。
4.2弧光傳感器的配置
在每面高壓開關(guān)柜的母線室和斷路器室分別配置弧光傳感器,用于檢測開關(guān)柜在故障時的增強(qiáng)光強(qiáng)。也可根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,僅在母線室配置弧光傳感器。
4.3輔助單元的配置
單臺輔助單元可接入多臺弧光傳感器,因此,輔助單元的配置數(shù)量根據(jù)實際選用的弧光保護(hù)裝置輔助單元的接入能力確定。應(yīng)保證電弧光傳感器的接線距離短,8～10面開關(guān)柜設(shè)置1臺輔助單元。
4.4保護(hù)跳閘出口
按母線段配置的電弧光保護(hù)系統(tǒng),當(dāng)弧光判據(jù)和電流判據(jù)均滿足動作條件時,應(yīng)發(fā)跳閘令動作于該母線段工作電源進(jìn)線斷路器和備用電源進(jìn)線斷路器跳閘。是否投入斷路器失靈功能,需根據(jù)系統(tǒng)條件和電弧光故障情況綜合分析確定。
5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說明
ARB5-弧光主控單元
技術(shù)參數(shù)代碼 | 代碼說明 |
弧光主控板數(shù) | |
0 | 0塊主控板，可接0塊采集板信號 |
1 | 1塊主控板，可接6塊采集板信號 |
2 | 2塊主控板，可接12塊采集板信號 |
3 | 3塊主控板，可接18塊采集板信號 |
4 | 4塊主控板，可接24塊采集板信號 |
弧光采集板數(shù) | |
0 | 0塊采集板，可直接采集0個弧光探頭信號 |
1 | 1塊采集板，可直接采集5個弧光探頭信號 |
2 | 2塊采集板，可直接采集10個弧光探頭信號 |
3 | 3塊采集板，可直接采集15個弧光探頭信號 |
4 | 4塊采集板，可直接采集20個弧光探頭信號 |
電流輸入 | |
1 | 1A |
5 | |
電源 | |
1 | 裝置電源為DC110V，開入電源DC110V |
2 | 裝置電源為DC220V，開入電源DC220V |
3 | 裝置電源為AC110V，開入電源DC24V（裝置自帶） |
4 | 裝置電源為AC220V，開入電源DC24V（裝置自帶） |
電源 | |
0 | 不需要 |
1 | 支持MMS |
2 | 支持MMS，GOOSE |
（1）＊表示可選附件，需要另外增加費(fèi)用1500元。
（2）主控板和采集板數(shù)量之和不能大于4。
（3）弧光探頭到采集板的長度不能超過20米。
（4）如有特殊要求，請?zhí)貏e注明。
6安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)
型號 | 主要功能 | 技術(shù)參數(shù) |
| 8組弧光保護(hù) | 可選配4塊采集板，1塊采集板可采集5路探頭，共支持20路弧光探頭直接采集。 亦可選配4塊主控板（即可接入4臺ARB5-E擴(kuò)展單元）1塊主控板可接收6塊采集板的探頭，共支持120路弧光探頭采集。 |
4組失靈保護(hù) | ||
4組電流回路TA監(jiān)測 | ||
4組三相電流采集 | ||
11路可編程跳閘出口 | ||
非電量保護(hù) | ||
裝置故障告警 | ||
2路RS485 | ||
2路以太網(wǎng) | ||
1路打印接口 | ||
1路IRIG-B碼對時接口 | ||
支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103 | ||
支持GOOSE輸入輸出（選配） | ||
| 弧光信號采集 | 可選配6塊采集板，1塊采集板可采集5路探頭，共支持30路弧光探頭直接采集。 |
模擬狀態(tài)傳輸 | ||
需要配合ARB5-M主控單元使用 | ||
| 弧光信號監(jiān)測 | 點式弧光傳感器，可安裝于 母線室、電纜室或斷路器室。 |
現(xiàn)場調(diào)試及工程服務(wù)費(fèi) | 視項目情況核價 |
7安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場安裝
弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。
8結(jié)束語
電弧光保護(hù)作為一種原理簡單、速動性好的新型保護(hù)系統(tǒng),為火力發(fā)電廠高壓廠用電系統(tǒng)母線故障保護(hù),減少設(shè)備損壞和人員損傷,提供了一種良好的途徑。目前,在渭河電廠2×300MW工程、灞橋電廠2×300MW工程等項目的高壓廠用電系統(tǒng)中,電弧光保護(hù)系統(tǒng)已得到了應(yīng)用,至今運(yùn)行情況良好。今后的工程項目中,電弧光保護(hù)系統(tǒng)在火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用必將更加廣泛,隨著應(yīng)用實例的不斷增加,其運(yùn)行整定也將更加完善和成熟。
參考文獻(xiàn)：
鄒瑄.電弧光保護(hù)在火電廠高壓廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用．
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5（版）.
ARB5-M弧光保護(hù)主控單元
ARB5-E弧光保護(hù)擴(kuò)展單元
ARB5-S弧光探頭