中低压母线装设专用快速母线保护的必要性、迫切性

电力和工业系统中的6-35KV中压开关柜是量大面广、又是事故多发的开关设备。据《高压开关技术通讯》报道，单是手车柜，国内电力系统某年就有200多面柜烧毁。开关柜的弧光短路故障，往往由于没有得到及时**，发展为中压母线故障，其危害是非常严重的，象造成发电厂厂用电瓦解、重要用户停电，更严重的导致多组开关柜同时烧毁的“火烧连营”事故等等，而近年来由于母线故障巨大的短路电流冲击造成主变损坏也不少见，这些事故均造成重大的经济损失，有的甚至造**身伤亡事故。
　　造成中压开关柜故障的因素很多，比如结构设计不合理、制造质量不佳、绝缘老化和机械磨损、运行条件恶劣（高温、潮湿、污秽、化学侵蚀）、用户维护和操作不当、外力（小动物的进入、往来物件遗漏在开关柜内）、电网结构的改变（系统容量增大、电缆应用增多），因此由于开关柜弧光短路引发的中压母线故障的几率也较高。由于母线故障没有得到及时切除，使故障被发展、扩大，*终造成巨大的经济损失。
　　经过近十年来对中压开关柜的整顿和完善化，事故率有所下降。但现在为什么仍然存在有那么多的开关柜由于各种原因由于弧光短路遭到烧毁，甚至造成中压母线故障而遭受严重的经济损失呢？*根本的原因，就是开关柜本身耐受弧光短路故障的能力有限，象加强绝缘、密封隔离各单元室、设置释放板和泄压通道等仅为被动性防护，而没有采用快速**故障的主动性防护措施，使故障被发展、扩大造成的。
　　发表这个帖子的目的，是希望大家认识到开关柜弧光短路故障以及中压母线故障危害的严重性，而目前所采用有中压母线保护方案是不能满足快速**母线故障要求的，迫切需要装设专用中压母线保护。此外，为用户推荐一种新型的、通过检测电弧光的专用中压母线保护解决方案 – 电弧光中、低压母线保护系统。
　　问题1：现有开关柜可以耐受的内部燃弧时间是多少？
　　在讨论开关柜内部弧光短路故障时，必须提到的是开关柜内部燃弧时间这一指标。在IEC298中，指定的内部燃弧时间是100ms，目前市场上的开关柜基本上是按照IEC298标准生产的，其内部燃弧耐受时间即采用100ms。也就是说，开关柜可以承受的电弧燃烧时间，即保护动作和断路器切除故障的时间之和应小于100ms才能达到保护该炕柜的目的，因为在断路器动作前，故障短路电弧是一直在燃烧的。以下为国外的资料介绍的各种燃弧时间下对设备造成的损坏程度：
　　- 35 ms：没有显著的损坏，一般可以在检验绝缘电阻后投入使用。
　　- 100ms：损坏较小，在开关柜再次投入运行以前需要进行清洁或可能的某些小的修理。
　　- 500ms：设备损坏很严重，在现场的人员也受到严重的伤害，必须更换部分设备更换才可以再投入运行。
　　当然，如果加强开关柜的结构，是可以增加开关柜的内部燃弧耐受时间的。在国外，如果需要更高内部燃弧时间指标的开关柜，是需要用户与制造厂之间协商解决的，这必然会增加开关柜的生产成本。据国外某配电网的应用经验，如果将内部燃弧耐受时间增加到200ms，生产成本将增加10%；如果要求1秒的话，生产成本将增加100%。
　　问题2：现有的中压母线保护方案能满足快速切除开关柜内部弧光短路故障的要求吗？
　　目前，可供选用的中压母线保护方案如下：
　　（1） 变压器后备过流保护方案。
　　这是目前国内应用*广泛的中压母线保护方案。保护跳闸时间一般整定为1.2 – 1.4秒，有的甚至更长，达2.0秒以上。很显然是远不能满足快速切除中压母线故障要求的。
　　（2） 馈线过流保护闭锁变压器过流保护方案。
　　这是近年来微机过流保护在中压馈线广泛应用，国外提出的利用馈线过流元件闭锁变压器过流保护的所谓过流闭锁式中压母线保护方案。这种保护方案的动作时间一般为300 – 400ms。它也不能满足100ms切除中压母线故障的要求。
　　（3） 采用环流原理的高阻抗母线保护方案。
　　这是一种专用电流差动母线保护方案，在国外某些重要项目中有时采用。其动作时间一般为35 – 60ms，比上述二种方案为快，再加上断路器35-60ms的跳闸时间，在某些场合勉强能满足动作速度方面的要求，但所留的裕度肯定是不够的。这种保护方案接线复杂、对CT的要求高，安装在6 - 35KV母线上有很多困难，也很不经济。此外，由于开关柜中大多数故障是发生在电缆室的，该方案的保护范围由于受到CT安装位置的限制，不能保护到电缆室范围内的故障。因为它也不适合中压母线保护应用。
　　从以上二个问题的讨论我们可以得出，为什么尽管对开关柜的结构进行加强措施，仍然有不少开关柜由于弧光短路故障而造成严重的损坏，这是由于开关柜本身耐受电弧的能力的限制以及由于没有装设专用高速中压母线保护所造成的。
　　近年来，随着国内电力工业的高速发展，中压开关柜的应用数量越来越多，由于开关柜弧光短路故障引发的中压母线故障也日益增多；另一方面，用户对供电的可靠性要求也越来越高，国内一些专家也一直强调装设专用中低压母线保护的重要性，用户也希望可以提供一种造价较低、原理简单、适用于6 – 35KV的母线保护，以*大限度减少母线故障对设备的损害，提高供电可靠性。
　　问题3：目前有没有一种原理简单的、适合中低压母线的专用保护系统吗？
　　国外在90年代初开始研究弧光故障的现象、机理、危害，并研究各种防护措施和保护方案。我们推荐的专用中、低压母线保护 - 电弧光母线保护，是这些研究成果的综合体现，为目前理想的、成熟的中、低压母线保护解决方案。它是从国外引进的系统，目前这种电弧光保护已有近2000套系统在电厂、变电站以及工矿企业运行，有近10年的成熟运行经验，运行中从未发生过不正确动作的记录。该系统具有以下主要特点：
　　（1） 动作可靠 – 采用检测弧光和过流双判据原理。
　　（2） 高速动作 – 保护动作时间小于1ms，包括断路器分闸的总故障切除时间可保证在100ms以内。
　　（3） 配置灵活 – 通过弧光传感器实现对保护分区的覆盖。
　　（4） 故障定位 – 可显示检测到弧光短路点的位置。
　　（5） 可适应各种中、低压母线接线方式提供有选择性的保护应用。
　　希望大家就开关柜弧光短路故障防护以及中、低压母线保护方案进行探讨。