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35kV变电站弧光保护系统解析

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总第179期 doi:10.3969/j.issn.1005—2798.2014.07.027 35 kV变电站弧光保护系统解析 路忠保 (山西三元煤业股份有限公司,山西长治046000)) 摘要:电弧光保护系统,主要用于解决地面35 kV、1O kV电压等级变电站的母线保护死区问题,实现中低 压系统母线的快速保护。该系统根据开关柜内部发生故障时产生电弧的特点.结合故障时母线电源点电 流突变判据构成弧光保护系统,保护动作快速可靠、系统配置简单、适应性强。 关键词:弧光保护;弧光传感器;主控单元 中图分类号:TM773 文献标识码:B 文章编号:1005—2798f2014)07—0063—02 1矿井供电概况 山西三元煤业股份有限公司是由山西省煤炭运 销总公司控股的国有企业,该公司位于山西治 市郊区垢北庄镇垢西庄村南,行政隶属长治市郊区 垢北庄镇。长治220 kV变电站为当地枢纽电站,距 为解决电弧光对设备以及人体造成的损伤问 题,山西三元煤业股份有限公司和南京弘毅电气自 动化有限公司共同研发了一套电弧光保护系统。该 系统采用弧光检测和过电流检测双判据原理,保护 动作速度快、可靠性高.是国内第一套自主研发的电 弧光保护系统。消弧线圈额定补偿电流取25 A.消 弧线圈型号为ZDBG一10/4—30/J。补偿范围为 离矿井约6 km,两回电源线路引自漳泽电厂,导线 型号为LGJ一150。线路长度15.1 km.并以220 kV 4~25 A。补偿后,矿井1O kV系统单相接地电容电 流值将在10 A以下。 电压等级与临汾、晋城电网相连。该站现有2台主 变压器,容量:2 x120 MVA,电压为220/110/35 kV, 变压器负荷率为57%。矿井从该站引接电源具有 很高的可靠性,供电质量有保证。 矿井工业场地负荷中心已建35 kV变电站 1座.两回35 kv电源分别引自长治220 kV变电站 3 35 kV变电站中低压母线电弧光保护使 用原理 1) 弧光保护系统通过检测开关柜内部发生 故障时发出的弧光和电流突变量来判断是否发生故 障,保护原理见图1。 323号、324号35 kV不同母线段,导线型号为LGJ 一150,输电距离约6.6 km;经验算,两回线路均能 满足矿井线路压降损失的要求.正常运行时线路压 降为2.54%。两回线路采用分列运行或一回工作、 一回带电备用的运行方式,当一回线路故障时,另一 回能保证全矿井负荷供电。两回电源线路分别架 盟 竺:卜+ 覆 与 塑 卜 或逻辑 ——— ■ 图1 弧光保护系统保护原理 设,线路杆塔采用自立式铁塔与水泥门型杆结合的 方式,在地形复杂、大档距或交叉跨越处采用自立式 铁塔.地形简单地区可采用水泥门型杆。 —————型 —--●叫 △Ic>卜— 对于单母线分段供电结构.系统配置主控单元 1套,在进线和母联各配置电流检测单元1套,各开 关柜母线室配置弧光探头1个,当弧光探头较多时 2 35 kV变电站及电弧光保护系统概况 矿井供电使用的中、低压母线在运行时,人员误 操作、短路故障、误人带电间隔等原因产生的电弧光 使用弧光单元和弧光扩展单元进行扩展,见图2。 系统母线发生弧光短路故障时,弧光探头感应到电 对设备及人员造成的危害极大。中低压母线系统中 一弧光,同时相应母线进线或母联的电流突变量启动, 主控单元根据弧光探头和电流单元的位置判定故障 部位及应切除的母线,由主控单元或电流单元的出 口回路切除相应母线,实现母线的快速保护。 般不配置专用的快速母线保护,而是依赖上一级 的后备过流保护切除母线故障.过流保护有延时,这 就导致故障切除时间较长,增加了设备的损害程度。 收稿日期:2014-03—18 作者简介:路忠保(1964一),男,山西长治人,助理工程师,从事机电技术工作。 63 路忠保:35 kV变电站弧光保护系统解析 第23卷第7期 动作快速:可以选择电磁继电器和固态继电器 两种出口方式。选择电磁继电器时出口时间不超过 8 ms,选择固态继电器时出口时间不超过4 ms。 高性能平台:作为保护控制器的高速32位浮点 DSP,通信连接器的大规模可编程器件(FPGA),16 位高速AD和嵌入式操作系统的应用使系统的软硬 件平台性能更优异,可以很好地实现快速保护和多 探头采样的需要,具有长达10 S的故障录波功能, 方便进行事故分析。 抗干扰能力强:所有单元之间均采用光纤连接, l l ㈠l l l l 曩…曩 曩…曩 曩1…曩 墨…曩 弧光探头l一16 弧光探头l一16弧光探头l一16弧光探头1—16 弧光信号直接通过长光纤进入弧光采集单元,弧光 探头具有滤除可见光功能。 故障定位:系统最多可连接272个弧光探头,弧 光探头可以方便地安装于不同的柜体中,保护动作 时可以直接从主控单元查看产生弧光的位置,方便 排查故障。 操作方便:采用汉字屏显,操作风格与传统数字 式保护一致:出口逻辑可编程,满足不同用户的需 求。 图2弧光保护系统的单元连接结构示意 2) 关键技术。光源区分技术:中低压母线运 行现场有很多不固定的光源,如自然光、检修手电、 测温红外等,根据不同光源的光谱特性弧光探头能 够区分不同光源。 弧光采集技术:故障产生时,弧光将以很快的速 度扩展开来,弧光探头将在弧光到达探头进而烧毁 5结语 探头之前将弧光信号通过光纤传给控制装置,在事 故扩大之前将主电源切断,防止事故扩大。 本系统应用在山西三元煤业股份有限公司 35 kV变电站。依据煤矿电网继电保护规程,弧光保 护系统能为开关柜、母线和各种变流设备的弧光故 快速数据传输技术:为提高弧光保护系统的动 作速度。必须将所有弧光探头的检测信息快速可靠 地传输给控制CPU,控制CPU根据检测到的弧光信 障提供全面的保护.将对设备的损害和人员安全的 威胁降至最低并确保电网平稳安全地恢复。 根据开关柜内部发生故障时产生电弧的特点, 息和电流信息进行逻辑判断。 光纤通信技术:为提高数据传输速率和传输可 靠性,弧光保护系统各个单元之间必须采用光纤通 信技术。 大规模硬件编程技术:为使弧光保护系统的配 置灵活可靠、通信协议高效可修改,弧光保护系统大 量采用大规模可编程技术。 结合故障时母线电源点电流突变判据构成弧光保护 系统,保护动作快速可靠,系统配置简单,适应性强, 是较理想的母线保护解决方案。目前在国内外基于 电弧光传感技术的母线保护方案是最成熟的,解决 母线发生故障的保护,基本满足了现场的要求。 该系统填补了中低压母线保护系统的空白,消 除了保护的死区,为打造坚强的电网系统奠定了基 础,可以预计这种原理的母线快速保护将会在国内 得到推广应用。 [责任编辑:常丽芳] 4弧光保护系统主要技术特点 原理简单:弧光保护动作判据为弧光和电流突 变量,系统可以整定为只检测弧光、同时检测弧光和 电流突变量两种方式,弧光的检测光强和电流突变 量的大小可以整定。 

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