[摘  要]简述目前中低压母线保护存在的问题，介绍国内外电弧光保护的原理，论述了电弧光保护的必要性和实施方案。

[关键词] 电弧光 危害 保护

1.装设电弧光保护的必要性

电弧保护在国外已有近二十年的历史，第一套保护装置在1995年就已经投运，中国以前的进口机组在引进时由国外成套配有电弧光保护（如国华天津盘山电厂），国产机组2000年第一套装置开始运行，为保护设备的安全运行起到了重要作用。电弧光的发生是多方面的，引起的后果也是非常严重。开关设备内电弧光产生的人为原因有：误入带电间隔；隔离开关误操作；忘记在工作区接地；忘记测量工作区内的电压。

开关设备内电弧光产生的技术原因有：设备故障和带电设备的误操作；设备正常检修后，遗漏工具在开关设备内；错误的接线和母线连接；绝缘老化和机械磨损、过电压、小动物（尤其是老鼠）、灰尘、温度、湿度、腐蚀、等环境因素。

开关设备运行中电弧光产生的技术原因有：开关柜在运行中发生的大量电弧光故障事故，多是由于环境条件的影响，使绝缘材料受潮，设备绝缘表面产生凝露和附着污秽，因而设备绝缘水平下降造成事故

2.电弧光的危害

开关设备电缆间隔发生故障产生的电弧使开关设备中的压力和温度迅速增加，如不及时切除，将造成以下几个方面的重大损害：

①电弧温度相当太阳温度的2倍，大约为10000℃，由于过热将导致铜排、铝排熔毁，气化；

②电缆熔毁，电缆包覆层的着火；

③过热导致压力上升，使开关设备爆炸；

④开关设备强烈振动，使固定元件松脱；

⑤高温烧灼皮肤，强光刺伤眼睛；

⑥产生大量的有害气体，伤害呼吸系统；

⑦爆破音震损耳膜、肺脏；

⑧碎片飞射，造成人员伤害，甚至死亡。

电弧故障的危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升。只有总切除时间小于85ms，才能使设备不遭受损害，总切除时间大于100ms，将会对设备造成不同程度的损害。

3.电弧光故障实例

1982年8月，北京供电局大郊亭变电所，由于连续下雨，导致配电室电缆沟进水，开关柜绝缘受潮，造成开关柜相间弧光故障，烧毁开关柜1台，烧损8台，烧毁电流互感器4只，支柱绝缘子40多支，隔离开关7组，致使全部连续停电数天。

1986年2～10月，湖南金竹山电厂连续六次发生厂用电6kV开关柜内电弧光故障起火，烧毁、烧损开关柜9台、支柱绝缘子近百个，其他设备数十件、造成机组甩负荷，机炉停运。

1985年天津变电所合闸送电时，开关柜发生弧光故障，引起避雷器爆炸、配电室起火，烧毁开关柜8台。

1986年唐山某变电所开关柜运行中误操作，绝缘隔板烧焦起火。

1987年6～7月河南焦作东郊变电所，分别发生两起由于开关触头绝缘板放电，烧毁断路器，以及开关柜母线支柱绝缘子闪络、炸裂，造成三相短路的事故。

2001年2月13日9：35分，上海华阳桥大江肉食品厂高压配电室4#柜，A相支持白料绝缘击穿而爆裂，相邻B相母排上有明显放电、被灼伤痕迹。

2000年11月4日，安徽省某化肥厂合成氨车间碳化工段发生了一起维修人员被电弧灼伤的事故。

4.目前用于中、低压母线的保护及其局限性

目前在中、低压母线系统中常用的保护有以下三种：

①变压器后备过流保护（典型的保护动作时间为1.2s～1.4s）

②采用馈线速断保护闭锁的变压器后备过流保护(典型的保护动作时间为300ms～400ms)

③高阻抗保护(典型的保护动作时间为35ms～60ms)

①和②两种保护对总切除时间小于100ms的要求来讲，时间太长；而③保护的保护范围受CT安装位置的限制，且价格昂贵。电弧光保护提供了15ms的跳闸输出，所以总切除时间为80ms～100ms,且在开关设备外观上无明显损坏。表1为电弧光保护与过流保护的时间对照。

表1电弧光保护与过流保护的时间对照

	电弧光保护	一般过流保护
测量	1ms	20ms
计算	不需要	2ms
自我检测	随时	2ms
输出接点	4～6ms	6～10ms
其它	不需要	10ms
总和	5～7ms	40～44ms

5.电弧光保护原理

电弧光保护主要动作依据为故障产生的两个不同因素：弧光及电流增量。当同时检测到弧光和电流增量时发出跳闸命令。电弧光保护由三部分组成：电弧光保护主单元、电弧光保护辅助单元和弧光传感器。弧光传感器可放置在开关设备的任何位置，根据弧光传感器的实际物理位置可实现保护分区的功能，并在电弧光保护主单元上显示故障发生的位置，此功能可减少断电的处理时间，使快速恢复供电成为可能。

在变电站发生单相接地故障，并发展成两相对地故障：由于安装了电弧光保护作为母线保护，所以在85ms内切除故障，开关设备从外观上无明显损坏。通过弧光传感器地址很快确定故障点，找到发生故障的电缆，仅提供简单的修理，便在很短时间内恢复供电。

如果不使用电弧光保护作为母线保护，而是使用传统的过流和零序过流保护，切除时间在300ms～1.2s之间，由于切除时间过长，造成了断路器的重大损害和全部母线室内母线的熔毁，在24小时内难以恢复供电，使大量的工厂停电，无法生产，造成大量的经济损失。

6.电弧光保护的特点及系统构成

电弧光保护系统通过检测开关柜内部发生故障时产生弧光这一特点，结合过流闭锁这一原理，动作快速可靠、系统配置简单、适应性强，是目前较理想的母线保护解决方案，其特点如下。

①原理简单：通过检测电弧光，结合过流闭锁，结构简单；

②动作迅速可靠：通过检测电弧光信号，整套母线的保护动作时间可达5～7ms；采用检测弧光信号和过流闭锁的双判据原理，可实现保护的可靠动作；整套系统连续自检，充分保证整套系统工作的安全性和可靠性。

③故障点定位：控制部分可显示弧光发生点位置，方便快速处理故障、恢复供电。

④断路器失灵保护：在主断路器拒动时发出跳闸指令跳上一级断路器，提高保护系统的安全性。

⑤配置灵括、适应性强：

通过交换弧光和过流动作信息，可过各段母线提供有选择性的保护，可适用于各种运行方式，且在各种运行方式下保护不需切换。

电弧光母线保护由以下几部分构成。

①主单元。主单元包含有电流检测和断路器失灵保护，它通过检测短路电流和来自电弧光传感器的动作信息，并对收集的数据进行处理、判断，在满足跳闸条件时，发出跳闸命令以切除故障。在进线断路器不能切除故障时，它将启动断路器失灵保护逻辑，发出跳闸命令给上级断路器来切除故障。此外，主单元根据辅助单元传送来的弧光传感器动作信息和温度传感器测量的温度，提供弧光故障点的定位和温度报警信息。

②辅助单元。当系统发生弧光故障时，辅助单元收集来自电弧光传感器的动作信息并传送给主单元，在主单元上显示辅助单元和弧光传感器的地址编号，有利于及时准确故障定位开关柜，为检修提供信息。

③电弧光传感器。专用于母线保护的弧光传感器安装在开关柜的母线室内，它作为光感应元件，将检测在发生弧光故障中突然增加的光强，并将光信号转换成电流信号传送给辅助单元。

7.结语

电弧光保护不仅可应用于无专用母线保护的情况，作为母线保护使用，也可和其它母线保护配合使用。电弧光保护改进了传统母线保护的概念，提高故障处理速度，可以有效解决短路故障弧光所造成的危害，减少设备维护及人员伤亡，提高电力系统的安全及经济效益。