弧光保护误动事故的分析及预防措施

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摘要：弧光保护装置在母线发生弧光短路故障时，能快速排除母线故障，保护人身和设备安全，但目前的弧光保护装置采用的动作判据还不够完善，在实际运行中存在误动情况。文章给出两点辅助判断条件，能有效避免可能存在的误动情况，使弧光保护动作的可靠性显著提高。

关键词：弧光保护；误动；母线保护；电流方向闭锁；紫外辐射

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）30-0095-02

1 概述

根据统计资料表明，配网中每年每1000台开关柜就有7台遭到损坏，故障率0.7%。而农村配电网的故障概率更高，达到1.2%左右，仅是手车柜，我国电力系统每年就有800多面柜烧毁。分析这些设备故障的原因，主要是由弧光短路引起的。弧光不但破坏昂贵的设备，更为严重的是造成人身伤害，甚至危及人的生命。而国内目前的中低压母线系统中一般不配置母差保护来快速切除母线故障，主要依靠上级变压器的后备保护来切除，由于时间的级差，无法瞬时切除故障。电弧持续燃烧的结果是释放出巨大的能量，从而造成灾难性的后果，开关柜被严重烧毁。弧光保护采用弧光检测和电流检测双重判据，当弧光和电流共同满足动作条件时，装置发出跳闸信号，快速切除故障，保障人身和设备的安全。

110kV周巷变作为弧光保护装置试点，于2011年11月在10kV开关柜装设了弧光保护装置，一年来运行状况良好。但在2012年8月8日，却发生弧光保护误动事故，造成一段母线失电，扩大了停电范围，严重影响了电力系统的安全稳定运行。本文对此次弧光保护的误动原因进行详细的分析，并对实际运行中可能存在的误动情况提出了相应的预防措施，增强了弧光保护运行的可靠性。

2 弧光保护发生误动过程

2012年8月8日，110kV周巷变Ⅱ段母线弧光保护动作，出口跳#2主变10kV开关和10kV母分开关。110kV周巷变是内桥接线，保护动作前，#1主变、#2主变和110kV、10kV母分开关分别处运行状态。

经检查发现，故障点位于#2主变10kV穿墙套管连接柜即#2主变10kV过渡柜处，在故障点处发生了明显的窜弧痕迹。由于故障点位于#2主变低压侧的采样CT上端，因此，故障点不在弧光保护范围内，弧光保护动作异常。

3 故障原因分析

3.1 110kV周巷变弧光保护装置简介

正常情况下，装置自检、透镜自检，如果发生故障，均能给出故障信息，同时，如果是装置故障，将闭锁跳闸出口，避免误动作；此信号可由一个告警节点输出至告警小母线或信号采集装置。

母线因故产生弧光，相应母线室的透镜传感器检测到弧光后，将信号上传到扩展单元REA107。扩展单元收到信号后，将检测信号通过总线电缆上传到该柜所在段对应的主单元。主单元REA101收到弧光信号的同时，立即将弧光信号同步转发至另外一个主单元。各REA101在收到弧光信号的同时，比较自身采集到的电流信号。

弧光保护动作判据为故障时产生的两个条件：弧光和过电流。弧光和电流均满足判据，则为本段母线发生弧光，发出跳闸信号，本段进线断路器跳闸，从而熄灭电弧，同时给出跳闸信号；但只检测到弧光或者电流增量时发出报警信号，并不会发出跳闸指令。

3.2 弧光保护误动的原因

工作人员对开关柜进行检查发现，#2主变10kV开关间隔、10kVⅡ段母线间隔、花园B822开关间隔及备用B820开关间隔探头动作灯亮，弧光保护动作灯亮。#2主变10kV开关间隔、10kVⅡ段母线间隔、花园B822开关间隔及备用B820开关间隔为#2主变10kV过渡柜右边相邻间隔，#2主变10kV过渡柜左边无相邻间隔，#2主变10kV过渡柜无弧光保护探头。

虽然故障点位于弧光保护范围外，但是由于开关柜之间的遮挡物对光并不是完全密封的，特别是弧光短路时产生的强光，使相邻间隔容易采集到光信号，满足弧光条件。#1主变通过10kV母分供给故障点的短路电流也使#2主变低压侧CT的采样值满足电流条件。因此，两个条件同时满足弧光保护动作判据，弧光保护动作，使Ⅱ段母线失电，使停电范围扩大。

4 防止误动的措施

4.1 电流判据增加方向闭锁条件

上述引发误动的一个重要原因是由于弧光保护装置的电流判据主要取决于采样电流的大小，而对于电流的方向则不作为判断条件。因此，判断电流时增加方向闭锁条件，将有效避免上述的误动情况。

加入方向闭锁条件后，当母线上发生弧光短路故障，由于电流的大小和方向同时满足，弧光保护仍然能可靠速动；当弧光保护范围外，属于母线以上的故障，由于电流方向不符合条件，电流判据就不满足，属于母线以下的故障，电流大小和方向同时满足，存在误动可能性，该类情况下可通过下述措施进行避免。

4.2 利用电弧的紫外辐射特征

目前，弧光保护装置的弧光判据是根据传感器检测到的光强度大小来判断。当光强度落在弧光保护光灵敏度范围内，则弧光条件满足，反之，如果光强度不够，则视作非弧光接地短路故障信号。一般情况下，厂家对弧光保护的光灵敏度设置很高，用手电筒照射的光就能使其满足动作条件。因此，在其他非母线故障情况下，闪电等强光透过挡板的空隙照射进来，由于弧光保护光灵敏度较高，就容易使其满足弧光动作条件。此时，如果恰好又发生10kV出线短路故障，使电流判据也同时满足，那么，弧光保护就会误动作，使母线失电。

引入电弧的紫外辐射特征作为辅助条件，结合光强共同作为弧光的判据，则可避免此类误动情况。研究表明，电弧放电产生的弧光光谱包含紫外、可见光和近红外3个区。紫外光光谱在230～400nm间，而230～280nm波长区域的紫外光称为日盲区。为了进行电弧放电检测，减小日光等的干扰，将光电传感器检测到的光用相应的滤光技术处理，只需检测280nm以下部分的紫外光。用电弧的紫外辐射特征辅助判断弧光，将是减少弧光误动的有效措施。

5 结语

弧光保护装置的误动原因主要是目前所采用的电流判据和弧光判据还不够完善。通过对几种可能误动的情况进行分析，提出了防止误动的两点措施，即在电流判据中引入电流方向闭锁和在弧光判据中引入紫外辐射特征要素。采用以上两点措施，将有效提高弧光保护装置动作的可靠性。

参考文献

[1] 吴志勇.电弧光保护在电力系统的应用[J].四川电力技术，2009，（4）：49-51、68.

[2] 梁坡，何宁，廖欣.电弧放电紫外光辐射探测系统研制

[J] 激光与光电子学进展，2011，48（8）.

作者简介：张思（1986-），男，慈溪市供电局助理工程师，研究方向：继电保护专业的管理。