淺析電弧光保護(hù)在火力發(fā)電廠用電高壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

安科瑞電氣張?zhí)锾?/p>

摘要：介紹了電弧光保護(hù)裝置的組成,對(duì)火力發(fā)電廠高壓廠用電系統(tǒng)保護(hù)的現(xiàn)狀及存在的不足進(jìn)行了分析,以一個(gè)典型的2×300MW火力發(fā)電廠工程為例,討論了高壓廠用電系統(tǒng)電弧光保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)用方案,對(duì)電弧光保護(hù)裝置的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電弧光保護(hù)；高壓廠用電系統(tǒng)；應(yīng)用

0引言

隨著我國(guó)電網(wǎng)特高壓、大電網(wǎng)發(fā)展的不斷深化,對(duì)于發(fā)電廠安全、可靠運(yùn)行的要求不斷提高。作為電網(wǎng)中的主要電源,火力發(fā)電廠的安全可靠性直接影響電網(wǎng)的安全可靠性。高壓廠用電系統(tǒng)的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電廠的安全可靠性,因此,高壓廠用電系統(tǒng)的保護(hù)顯得至關(guān)重要。

按照我國(guó)現(xiàn)行的廠用電和繼電保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范,高壓廠用電系統(tǒng)一般不配置快速母線保護(hù),而是由上元件的后備保護(hù)來切除母線短路故障。此種配置導(dǎo)致故障切除時(shí)間延長(zhǎng),加大了設(shè)備的損害。近年來,隨著系統(tǒng)短路電流的不斷增長(zhǎng),由于廠用電系統(tǒng)短路故障切除不及時(shí)引起的電弧光對(duì)設(shè)備及人員造成傷害的事故時(shí)有發(fā)生,為防止該問題而設(shè)計(jì)的電弧光保護(hù)系統(tǒng)在火電廠中也有了應(yīng)用。本文主要從電弧光保護(hù)的原理、構(gòu)成及其在火電廠高壓系統(tǒng)應(yīng)用的典型方案出發(fā),對(duì)該保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1火力發(fā)電廠高壓廠用電系統(tǒng)的保護(hù)現(xiàn)狀

根據(jù)GB/T14285—2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》和DL/T5153—2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》,針對(duì)高壓廠用電源及母線故障的保護(hù)配置一般為:

1. 相間短路故障保護(hù)。廠用變壓器裝設(shè)過電流保護(hù),用于保護(hù)變壓器及相鄰元件的相間短路故障,保護(hù)裝于變壓器電源側(cè);在二次側(cè)(3kV,6kV,10kV)母線斷路器上裝設(shè)電流速斷保護(hù),帶時(shí)限動(dòng)作于該分支斷路器。

2. 單相接地故障保護(hù)。300MW機(jī)組高壓廠用電源多為低電阻接地系統(tǒng),其廠用母線和廠用電源回路的單相接地保護(hù)由接于電源變壓器中性點(diǎn)的電阻取得零序電流來實(shí)現(xiàn),保護(hù)動(dòng)作后帶時(shí)限切除該回路斷路器。

綜上所述,高壓廠用母線不配置快速母線保護(hù),而是由上元件的后備保護(hù)來切除母線短路故障,故障切除時(shí)間延長(zhǎng)。

2電弧危害和電弧光保護(hù)的原理

2.1電弧造成的危害

高壓開關(guān)柜內(nèi)斷路器設(shè)備發(fā)生短路時(shí)產(chǎn)生的電弧使開關(guān)柜內(nèi)的溫度、壓力迅速上升,從而造成重大危害。

(1)電弧溫度高,由于過熱造成母線銅排、鋁排熔毀,電纜熔毀,電纜絕緣層著火,嚴(yán)重時(shí)引發(fā)配電室或電纜溝火災(zāi)。

(2)壓力、溫度劇增造成開關(guān)設(shè)備爆炸。

(3)碎片飛射、高溫、強(qiáng)光、有害氣體、爆炸音等造成人員傷害。

(4)由于弧光引起事故擴(kuò)大,會(huì)造成更大面積的停電和火災(zāi)事故,導(dǎo)致停機(jī)或全廠停電。

2.2電弧光保護(hù)的原理

電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要是基于弧光增量動(dòng)作判據(jù),并輔以電流增量動(dòng)作判據(jù),當(dāng)2個(gè)判據(jù)均發(fā)出跳閘令時(shí),動(dòng)作跳閘。電弧光保護(hù)系統(tǒng)主要由2部分組成:弧光傳感器和控制保護(hù)主單元。弧光傳感器分散布置在高壓開關(guān)柜內(nèi)的母線室和斷路器室內(nèi);控制保護(hù)單元集中布置在電源柜內(nèi),采集弧光傳感器及電流傳感器的動(dòng)作數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)控制保護(hù)邏輯及跳閘輸出。電弧光保護(hù)系統(tǒng)的故障切除總時(shí)間為80～100ms,可避免設(shè)備受電弧危害而損壞。

2.3電弧光保護(hù)的特點(diǎn)

電弧光保護(hù)采用弧光作為故障主判據(jù)并采用過電流作為閉鎖條件,原理簡(jiǎn)單,同時(shí)也保證了可靠性。另外,該整套保護(hù)系統(tǒng)具有較好的速動(dòng)性,可快速切除高壓廠用母線的短路故障,防止設(shè)備損壞和人員損傷。由于弧光傳感器定值的整定無成熟的規(guī)范依據(jù),因此,該保護(hù)系統(tǒng)需要更多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),弧光傳感器的元件質(zhì)量也直接影響保護(hù)系統(tǒng)的性能。

3電弧光保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成

電弧光保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示,該系統(tǒng)一般包含4個(gè)部分。

圖1電弧光保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

(1)控制保護(hù)主單元。主單元包含電流檢測(cè)和控制保護(hù)功能,通過分析處理電流檢測(cè)數(shù)據(jù)和來自弧光傳感器的動(dòng)作信息,在滿足跳閘條件時(shí),發(fā)跳閘令切除故障。主單元一般具有斷路器失靈保護(hù)功能,在進(jìn)線斷路器不能切除故障時(shí),啟動(dòng)失靈保護(hù)邏輯,跳上斷路器。此外,主單元還應(yīng)具有數(shù)據(jù)傳輸、故障信息上傳、就地顯示等功能。

(2)弧光傳感器。弧光傳感器分散安裝于開關(guān)柜母線室和斷路器室內(nèi),作為光感應(yīng)元件,應(yīng)檢測(cè)在故障中增強(qiáng)的光強(qiáng)并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給輔助單元。

(3)輔助單元。輔助單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi),收集來自弧光傳感器的故障動(dòng)作信息并匯總上傳給主單元。每個(gè)輔助單元可接入多個(gè)弧光傳感器。

(4)輔助元件有通信電纜等,主要用于聯(lián)結(jié)以上3部分設(shè)備,共同組成完整的電弧光保護(hù)系統(tǒng)。

4高壓廠用電系統(tǒng)電弧光保護(hù)典型方案

在典型的2×300MW火力發(fā)電廠工程中,每臺(tái)機(jī)組設(shè)1臺(tái)高壓廠用工作變壓器和2段高壓廠用母線。高壓廠用工作變壓器低壓側(cè)采用雙分裂繞組,2個(gè)繞組分別接入對(duì)應(yīng)的高壓母線段,高壓母線備用電源引自全廠公用的啟動(dòng)備用變壓器。下面介紹一種應(yīng)用于上述工程條件的高壓廠用電系統(tǒng)電弧光保護(hù)的典型設(shè)計(jì)方案。

4.1主單元的配置

電弧光保護(hù)系統(tǒng)及主單元按高壓廠用電母線段配置,即每段高壓廠用母線配置1套電弧光保護(hù)系統(tǒng)。在工作電源進(jìn)線開關(guān)柜配置1臺(tái)主單元,用于工作進(jìn)線的電流檢測(cè)和整個(gè)系統(tǒng)的控制保護(hù);同時(shí),在備用電源進(jìn)線柜配置1臺(tái)電流輔助單元,用于備用電源進(jìn)線的電流檢測(cè)。

4.2弧光傳感器的配置

在每面高壓開關(guān)柜的母線室和斷路器室分別配置弧光傳感器,用于檢測(cè)開關(guān)柜在故障時(shí)的增強(qiáng)光強(qiáng)。也可根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,僅在母線室配置弧光傳感器。

4.3輔助單元的配置

單臺(tái)輔助單元可接入多臺(tái)弧光傳感器,因此,輔助單元的配置數(shù)量根據(jù)實(shí)際選用的弧光保護(hù)裝置輔助單元的接入能力確定。應(yīng)保證電弧光傳感器的接線距離短,8～10面開關(guān)柜設(shè)置1臺(tái)輔助單元。

4.4保護(hù)跳閘出口

按母線段配置的電弧光保護(hù)系統(tǒng),當(dāng)弧光判據(jù)和電流判據(jù)均滿足動(dòng)作條件時(shí),應(yīng)發(fā)跳閘令動(dòng)作于該母線段工作電源進(jìn)線斷路器和備用電源進(jìn)線斷路器跳閘。是否投入斷路器失靈功能,需根據(jù)系統(tǒng)條件和電弧光故障情況綜合分析確定。

5安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說明

ARB5-弧光主控單元

7安科瑞ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。