中低壓母線裝設專用快速母線保護的必要性、迫切性

電力和工業系統中的6-35KV中壓開關柜是量大面廣、又是事故多發的開關設備。據《高壓開關技術通訊》報道，單是手車柜，國內電力系統某年就有200多面柜燒毀。開關柜的弧光短路故障，往往由于沒有得到及時**，發展為中壓母線故障，其危害是非常嚴重的，象造成發電廠廠用電瓦解、重要用戶停電，更嚴重的導致多組開關柜同時燒毀的“火燒連營”事故等等，而近年來由于母線故障巨大的短路電流沖擊造成主變損壞也不少見，這些事故均造成重大的經濟損失，有的甚至造**身傷亡事故。
　　造成中壓開關柜故障的因素很多，比如結構設計不合理、制造質量不佳、絕緣老化和機械磨損、運行條件惡劣（高溫、潮濕、污穢、化學侵蝕）、用戶維護和操作不當、外力（小動物的進入、往來物件遺漏在開關柜內）、電網結構的改變（系統容量增大、電纜應用增多），因此由于開關柜弧光短路引發的中壓母線故障的幾率也較高。由于母線故障沒有得到及時切除，使故障被發展、擴大，*終造成巨大的經濟損失。
　　經過近十年來對中壓開關柜的整頓和完善化，事故率有所下降。但現在為什么仍然存在有那么多的開關柜由于各種原因由于弧光短路遭到燒毀，甚至造成中壓母線故障而遭受嚴重的經濟損失呢？*根本的原因，就是開關柜本身耐受弧光短路故障的能力有限，象加強絕緣、密封隔離各單元室、設置釋放板和泄壓通道等僅為被動性防護，而沒有采用快速**故障的主動性防護措施，使故障被發展、擴大造成的。
　　發表這個帖子的目的，是希望大家認識到開關柜弧光短路故障以及中壓母線故障危害的嚴重性，而目前所采用有中壓母線保護方案是不能滿足快速**母線故障要求的，迫切需要裝設專用中壓母線保護。此外，為用戶推薦一種新型的、通過檢測電弧光的專用中壓母線保護解決方案 – 電弧光中、低壓母線保護系統。
　　問題1：現有開關柜可以耐受的內部燃弧時間是多少？
　　在討論開關柜內部弧光短路故障時，必須提到的是開關柜內部燃弧時間這一指標。在IEC298中，指定的內部燃弧時間是100ms，目前市場上的開關柜基本上是按照IEC298標準生產的，其內部燃弧耐受時間即采用100ms。也就是說，開關柜可以承受的電弧燃燒時間，即保護動作和斷路器切除故障的時間之和應小于100ms才能達到保護該炕柜的目的，因為在斷路器動作前，故障短路電弧是一直在燃燒的。以下為國外的資料介紹的各種燃弧時間下對設備造成的損壞程度：
　　- 35 ms：沒有顯著的損壞，一般可以在檢驗絕緣電阻后投入使用。
　　- 100ms：損壞較小，在開關柜再次投入運行以前需要進行清潔或可能的某些小的修理。
　　- 500ms：設備損壞很嚴重，在現場的人員也受到嚴重的傷害，必須更換部分設備更換才可以再投入運行。
　　當然，如果加強開關柜的結構，是可以增加開關柜的內部燃弧耐受時間的。在國外，如果需要更高內部燃弧時間指標的開關柜，是需要用戶與制造廠之間協商解決的，這必然會增加開關柜的生產成本。據國外某配電網的應用經驗，如果將內部燃弧耐受時間增加到200ms，生產成本將增加10%；如果要求1秒的話，生產成本將增加100%。
　　問題2：現有的中壓母線保護方案能滿足快速切除開關柜內部弧光短路故障的要求嗎？
　　目前，可供選用的中壓母線保護方案如下：
　　（1） 變壓器后備過流保護方案。
　　這是目前國內應用*廣泛的中壓母線保護方案。保護跳閘時間一般整定為1.2 – 1.4秒，有的甚至更長，達2.0秒以上。很顯然是遠不能滿足快速切除中壓母線故障要求的。
　　（2） 饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護方案。
　　這是近年來微機過流保護在中壓饋線廣泛應用，國外提出的利用饋線過流元件閉鎖變壓器過流保護的所謂過流閉鎖式中壓母線保護方案。這種保護方案的動作時間一般為300 – 400ms。它也不能滿足100ms切除中壓母線故障的要求。
　　（3） 采用環流原理的高阻抗母線保護方案。
　　這是一種專用電流差動母線保護方案，在國外某些重要項目中有時采用。其動作時間一般為35 – 60ms，比上述二種方案為快，再加上斷路器35-60ms的跳閘時間，在某些場合勉強能滿足動作速度方面的要求，但所留的裕度肯定是不夠的。這種保護方案接線復雜、對CT的要求高，安裝在6 - 35KV母線上有很多困難，也很不經濟。此外，由于開關柜中大多數故障是發生在電纜室的，該方案的保護范圍由于受到CT安裝位置的限制，不能保護到電纜室范圍內的故障。因為它也不適合中壓母線保護應用。
　　從以上二個問題的討論我們可以得出，為什么盡管對開關柜的結構進行加強措施，仍然有不少開關柜由于弧光短路故障而造成嚴重的損壞，這是由于開關柜本身耐受電弧的能力的限制以及由于沒有裝設專用高速中壓母線保護所造成的。
　　近年來，隨著國內電力工業的高速發展，中壓開關柜的應用數量越來越多，由于開關柜弧光短路故障引發的中壓母線故障也日益增多；另一方面，用戶對供電的可靠性要求也越來越高，國內一些專家也一直強調裝設專用中低壓母線保護的重要性，用戶也希望可以提供一種造價較低、原理簡單、適用于6 – 35KV的母線保護，以*大限度減少母線故障對設備的損害，提高供電可靠性。
　　問題3：目前有沒有一種原理簡單的、適合中低壓母線的專用保護系統嗎？
　　國外在90年代初開始研究弧光故障的現象、機理、危害，并研究各種防護措施和保護方案。我們推薦的專用中、低壓母線保護 - 電弧光母線保護，是這些研究成果的綜合體現，為目前理想的、成熟的中、低壓母線保護解決方案。它是從國外引進的系統，目前這種電弧光保護已有近2000套系統在電廠、變電站以及工礦企業運行，有近10年的成熟運行經驗，運行中從未發生過不正確動作的記錄。該系統具有以下主要特點：
　　（1） 動作可靠 – 采用檢測弧光和過流雙判據原理。
　　（2） 高速動作 – 保護動作時間小于1ms，包括斷路器分閘的總故障切除時間可保證在100ms以內。
　　（3） 配置靈活 – 通過弧光傳感器實現對保護分區的覆蓋。
　　（4） 故障定位 – 可顯示檢測到弧光短路點的位置。
　　（5） 可適應各種中、低壓母線接線方式提供有選擇性的保護應用。
　　希望大家就開關柜弧光短路故障防護以及中、低壓母線保護方案進行探討。