2.安徽省电器设备电磁兼容（EMC）省级实验室 安徽芜湖 241008；
3.安徽中电兴发与鑫龙科技股份有限公司 安徽芜湖 241008）
摘要：实际电力系统运行过程中，由于中低压开关柜自身容量有限，对较大电压情况下的电力运行造成极大的限制，从而出现电路短路故障等问题。由于这样的现象往往对电力问题设备造成着较大的阻碍，所以根据电弧光以及中低压开关柜故障问题等方面，对电弧光保护及其在中低压开关柜中的应用进行研究分析是十分重要的。
关键词：电弧光保护系统；中低压开关柜；应用
引言
近年来，中压开关柜发生内部电弧故障而被严重损坏的事故逐年增加，有的甚至发展成多组开关柜“火烧连营”的严重后果。实际运行经验表明，开关设备内部产生电弧的原因很多，如结构设计不合理、制造质量不佳、设备材料绝缘老化、机械磨损、运行环境恶劣、维护保养不足、小动物进入或人为误操作等。所以，除了保证开关设备的制造质量、按照相关规程进行正确维护和操作外，还需配置快速动作的保护装置，一旦放生内部电弧短路故障时能快速切除，最大限度的保护设备和人员免受严重伤害。
1电弧光保护的优势
1.1动作迅速可靠
采用了可靠的快速算法，可以在短时间内判断弧光变化信号和电流变化信号并迅速出口，从发现故障到出口跳闸时间间隔优于7ms，确保开关柜内设备的弧光在100ms以内切除。
1.2全数字化设计
本装置采用全数字化设计，配置灵活，动作精度高，而且排除了由于旋钮或其他机械设计导致的误差隐患。
1.3保护原理简单、合理
根据弧光产生时的特点，装置采用弧光和电流双重判据，判据简单且可以有效的保证动作的准确性。
1.4强大的电气性能
故障弧光探头、连接线全部采用耐高温、阻燃的高分子材料，具有超强的电气隔离效果。装置完全满足EMC的标准，保证了弧光保护系统的整体稳定性和动作的可靠性。
1.5故障信息记录全面
在故障弧光发生并引起装置跳闸后，主控单元或馈线保护单元可以准确的记录是哪个弧光探头检测到了故障弧光，且可以详细记录动作时刻的三相电流值以及动作时刻的故障弧光光强。
1.6多种辅助保护功能
主控单元不但有弧光保护，还有过流保护，接地保护、断路器失灵等辅助保护，这些保护是弧光保护的合理配置和有效补充。
2电弧光保护基本原理
电弧光保护主要动作依据为短路故障时产生的两个不同因素：电弧光和电流增长率。当同时检测到电弧光和电流增长达到整定值发出跳闸指令（或告警信号，根据具体整定情况而定）。当仅检测到电弧光或电流增量时只报警。
保护装置分为两大部分，一部分为弧光传感器，目前主要有两种：①长光纤传感器，能沿着光纤的全长检测光信号，②聚光透镜型传感器，每一间隔配有一个传感器；另一部分为控制器。两部分通过光纤电缆连接，实现了多位置、多角度、监控灵活、动作可靠的目的。探头采用光敏元件并加装部分光罩，增强探头采光的方向性和保护对象的针对性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆探头可放置在开关柜内的任何位置（如隔离区、电缆室等），根据弧光传感器的实际物理位置可实现保护分区的功能。任一点弧光发生时，能在控制部分显示弧光发生点的位置。此功能可减少断电的处理时间，找到发生弧光的部位，使快速恢复供电成为可能。安装是将探头固定在开关柜内任意选定的监控点附近，通过光缆与控制器连接，当监控点出现弧光时，采集的弧光瞬间变化量将通过控制器转化为电信号。
3电弧光保护系统在中低压开关柜中的应用
新型快速灭弧器是一种积极防护措施，主要包含两部分一是检测部分一是动作部分。要做到快速灭弧就需要从这两个方面考虑：检测故障要快、动作要快。ABB生产的UFES快速灭弧器就将快速光纤检测与快速动作有机结合在一起，由一次主元件PSE和检测控制装置QRU两部分组成。是一种特别的安全措施，类似于汽车的安全气囊。
UFES快速灭弧器一次主元件PSE是ABB真空泡（20多年运行经验）与ABB限流器（50多年运行经验）两种技术的创新组合，其动作原理是在内部电弧发生时将系统三相短路并接地，快速熄灭电弧。鉴于其设计的特殊性，微型气体发生器驱动其缸内活塞超快速动作（动作时间小于1.5ms），在故障电流第一个1/4周波内完成动作，避免开关柜系统承受故障峰值电流，从而大大减少了设备维修成本及停电时间，提高了系统的可靠性，保证了设备工作人员的安全，无论开关柜是否具备内电弧防护能力，也无论开关柜是在运行情况或维修/维护状况时。UFES快速灭弧器检测控制装置QRU，集测量、逻辑判断与动作出口于一体，通过探头式光纤（设置于每个高压隔室）独立精确地检测电弧故障的位置，通过电流输入口的电流检测作为判据以提高动作可靠性，实时、完善的自检功能及测试模式确保设备正常可靠。从故障检测到装置出口仅需1ms，为系统快速灭弧提供了保障。QRU1有9路光纤输入口，同时可以通过TVOC可扩展45路光输入口，为系统安装配置提供了方便。UFES快速灭弧器通过检测控制装置QRU检测到弧光信号后将信号通过光纤传输至UFES一次主元件PSE，一次主元件PSE内的微型气体发生器快速动作，使系统短路并接地熄灭电弧。
UFES快速灭弧器的设置是以母线为单元，通常一段母线只需设置一套，一套UFES可以为17面开关柜（每面开关柜按三个高压隔室计算）提供保护。无论是新采购开关柜还是现有开关柜，均可适用，特别是对于旧型号、不具备内电弧防护等级的开关柜系统，UFES快速灭弧装置会更好地为操作人员安全提供保障，满足标准IEC62271－200中的防护要求。对于新生产的开关柜，随着制造水平和制造工艺的提高，满足内电弧防护等级标准要求已非常普及，但内电弧的防护等级是在开关柜关门的情况下，如设备在检修或维护时需要打开柜门，是无法达到该要求的。为保障操作人员的安全，建议新柜上同样考虑配置快速灭弧器，亦如好车配有安全气囊一样。
对于已在现场使用的开关柜，尤其是不具备内电弧防护等级要求的开关柜，有两种非常简单的通用方案适用于中压空气绝缘柜：固定式和手车式服务单元。如系统中有备用柜，可以选用手车式，主回路部分仅需将断路器手车移出将快速灭弧器手车移入，不需要作任何额外改动即可投入使用，缩短了系统停电时间。对系统中没有备用柜时，建议采用固定式服务单元，可根据现场实际情况安装于侧面或顶部。当然也可以增加一台带快速限流器的开关柜或改造现有柜达到同样目的，这需要根据系统的实际配置情况，成本预算及停电时间等等进行综合评估后确定。UFES快速灭弧装置主元件结构原理的特殊性，其动作寿命只有一次，执行完成后需更换主元件，一般安装时均会考虑方便更换。针对常规系统如单母线分段方式，建议两段母线各配置一套UFES快速灭弧器的同时备一套主元件以便需要时能及时更换，提高系统的利用率，减少停电时间。
结语
在实际应用电弧光保护系统的过程中，由于其作用比较明显，因而具有一定的应用优势。在电力系统运行中，需要对中低压开关柜进行有效地保护，明确故障问题带了的严重危害，最后通过应用电弧光保护系统，有效处理故障问题，从而更好地保护实现开关柜保护。
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论文作者:唐永富1，2，3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/3
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