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。
