1.裝設電弧光保護的必要性

電弧保護在國外已有近二十年的歷史，第一套保護裝置在1995年就已經(jīng)投運，中國以前的進口機組在引進時由國外成套配有電弧光保護（如國華天津盤山電廠），國產(chǎn)機組2000年第一套裝置開始運行，為保護設備的安全運行起到了重要作用。電弧光的發(fā)生是多方面的，引起的后果也是非常嚴重。開關(guān)設備內(nèi)電弧光產(chǎn)生的人為原因有：誤入帶電間隔；隔離開關(guān)誤操作；忘記在工作區(qū)接地；忘記測量工作區(qū)內(nèi)的電壓。

開關(guān)設備內(nèi)電弧光產(chǎn)生的技術(shù)原因有：設備故障和帶電設備的誤操作；設備正常檢修后，遺漏工具在開關(guān)設備內(nèi)；錯誤的接線和母線連接；絕緣老化和機械磨損、過電壓、小動物（尤其是老鼠）、灰塵、溫度、濕度、腐蝕、等環(huán)境因素。

開關(guān)設備運行中電弧光產(chǎn)生的技術(shù)原因有：開關(guān)柜在運行中發(fā)生的大量電弧光故障事故，多是由于環(huán)境條件的影響，使絕緣材料受潮，設備絕緣表面產(chǎn)生凝露和附著污穢，因而設備絕緣水平下降造成事故

2.電弧光的危害

開關(guān)設備電纜間隔發(fā)生故障產(chǎn)生的電弧使開關(guān)設備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時切除，將造成以下幾個方面的重大損害：

①電弧溫度相當太陽溫度的2倍，大約為10000℃，由于過熱將導致銅排、鋁排熔毀，氣化；

②電纜熔毀，電纜包覆層的著火；

③過熱導致壓力上升，使開關(guān)設備爆炸；

④開關(guān)設備強烈振動，使固定元件松脫；

⑤高溫燒灼皮膚，強光刺傷眼睛；

⑥產(chǎn)生大量的有害氣體，傷害呼吸系統(tǒng)；

⑦爆破音震損耳膜、肺臟；

⑧碎片飛射，造成人員傷害，甚至死亡。

電弧故障的危害程度取決于電弧電流及切除時間，電弧產(chǎn)生的能量與I2t成指數(shù)規(guī)律快速上升。只有總切除時間小于85ms，才能使設備不遭受損害，總切除時間大于100ms，將會對設備造成不同程度的損害。

3.電弧光故障實例

1982年8月，北京供電局大郊亭變電所，由于連續(xù)下雨，導致配電室電纜溝進水，開關(guān)柜絕緣受潮，造成開關(guān)柜相間弧光故障，燒毀開關(guān)柜1臺，燒損8臺，燒毀電流互感器4只，支柱絕緣子40多支，隔離開關(guān)7組，致使全部連續(xù)停電數(shù)天。

1986年2～10月，湖南金竹山電廠連續(xù)六次發(fā)生廠用電6kV開關(guān)柜內(nèi)電弧光故障起火，燒毀、燒損開關(guān)柜9臺、支柱絕緣子近百個，其他設備數(shù)十件、造成機組甩負荷，機爐停運。

1985年天津變電所合閘送電時，開關(guān)柜發(fā)生弧光故障，引起避雷器爆炸、配電室起火，燒毀開關(guān)柜8臺。

1986年唐山某變電所開關(guān)柜運行中誤操作，絕緣隔板燒焦起火。

1987年6～7月河南焦作東郊變電所，分別發(fā)生兩起由于開關(guān)觸頭絕緣板放電，燒毀斷路器，以及開關(guān)柜母線支柱絕緣子閃絡、炸裂，造成三相短路的事故。

2001年2月13日9：35分，上海華陽橋大江肉食品廠高壓配電室4#柜，A相支持白料絕緣擊穿而爆裂，相鄰B相母排上有明顯放電、被灼傷痕跡。

2000年11月4日，安徽省某化肥廠合成氨車間碳化工段發(fā)生了一起維修人員被電弧灼傷的事故。

4.目前用于中、低壓母線的保護及其局限性

目前在中、低壓母線系統(tǒng)中常用的保護有以下三種：

①變壓器后備過流保護（典型的保護動作時間為1.2s～1.4s）

②采用饋線速斷保護閉鎖的變壓器后備過流保護(典型的保護動作時間為300ms～400ms)

③高阻抗保護(典型的保護動作時間為35ms～60ms)

①和②兩種保護對總切除時間小于100ms的要求來講，時間太長；而③保護的保護范圍受CT安裝位置的限制，且價格昂貴。電弧光保護提供了15ms的跳閘輸出，所以總切除時間為80ms～100ms,且在開關(guān)設備外觀上無明顯損壞。表1為電弧光保護與過流保護的時間對照。

表1電弧光保護與過流保護的時間對照

電弧光保護

一般過流保護

測量

1ms

20ms

計算

不需要

2ms

自我檢測

隨時

2ms

輸出接點

4～6ms

6～10ms

其它

不需要

10ms

總和

5～7ms

40～44ms

5.電弧光保護原理

電弧光保護主要動作依據(jù)為故障產(chǎn)生的兩個不同因素：弧光及電流增量。當同時檢測到弧光和電流增量時發(fā)出跳閘命令。電弧光保護由三部分組成：電弧光保護主單元、電弧光保護輔助單元和弧光傳感器�；」鈧鞲衅骺煞胖迷陂_關(guān)設備的任何位置，根據(jù)弧光傳感器的實際物理位置可實現(xiàn)保護分區(qū)的功能，并在電弧光保護主單元上顯示故障發(fā)生的位置，此功能可減少斷電的處理時間，使快速恢復供電成為可能。

在變電站發(fā)生單相接地故障，并發(fā)展成兩相對地故障：由于安裝了電弧光保護作為母線保護，所以在85ms內(nèi)切除故障，開關(guān)設備從外觀上無明顯損壞。通過弧光傳感器地址很快確定故障點，找到發(fā)生故障的電纜，僅提供簡單的修理，便在很短時間內(nèi)恢復供電。

如果不使用電弧光保護作為母線保護，而是使用傳統(tǒng)的過流和零序過流保護，切除時間在300ms～1.2s之間，由于切除時間過長，造成了斷路器的重大損害和全部母線室內(nèi)母線的熔毀，在24小時內(nèi)難以恢復供電，使大量的工廠停電，無法生產(chǎn)，造成大量的經(jīng)濟損失。

6.電弧光保護的特點及系統(tǒng)構(gòu)成

電弧光保護系統(tǒng)通過檢測開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生故障時產(chǎn)生弧光這一特點，結(jié)合過流閉鎖這一原理，動作快速可靠、系統(tǒng)配置簡單、適應性強，是目前較理想的母線保護解決方案，其特點如下。

①原理簡單：通過檢測電弧光，結(jié)合過流閉鎖，結(jié)構(gòu)簡單；

②動作迅速可靠：通過檢測電弧光信號，整套母線的保護動作時間可達5～7ms；采用檢測弧光信號和過流閉鎖的雙判據(jù)原理，可實現(xiàn)保護的可靠動作；整套系統(tǒng)連續(xù)自檢，充分保證整套系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。

③故障點定位：控制部分可顯示弧光發(fā)生點位置，方便快速處理故障、恢復供電。

④斷路器失靈保護：在主斷路器拒動時發(fā)出跳閘指令跳上一級斷路器，提高保護系統(tǒng)的安全性。

⑤配置靈括、適應性強：

通過交換弧光和過流動作信息，可過各段母線提供有選擇性的保護，可適用于各種運行方式，且在各種運行方式下保護不需切換。

電弧光母線保護由以下幾部分構(gòu)成。

①主單元。主單元包含有電流檢測和斷路器失靈保護，它通過檢測短路電流和來自電弧光傳感器的動作信息，并對收集的數(shù)據(jù)進行處理、判斷，在滿足跳閘條件時，發(fā)出跳閘命令以切除故障。在進線斷路器不能切除故障時，它將啟動斷路器失靈保護邏輯，發(fā)出跳閘命令給上級斷路器來切除故障。此外，主單元根據(jù)輔助單元傳送來的弧光傳感器動作信息和溫度傳感器測量的溫度，提供弧光故障點的定位和溫度報警信息。

②輔助單元。當系統(tǒng)發(fā)生弧光故障時，輔助單元收集來自電弧光傳感器的動作信息并傳送給主單元，在主單元上顯示輔助單元和弧光傳感器的地址編號，有利于及時準確故障定位開關(guān)柜，為檢修提供信息。

③電弧光傳感器。專用于母線保護的弧光傳感器安裝在開關(guān)柜的母線室內(nèi)，它作為光感應元件，將檢測在發(fā)生弧光故障中突然增加的光強，并將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號傳送給輔助單元。