10 kV 开关柜快速灭弧装置论文摘 要：与传统的疼惜相较，配置快速灭弧装置能更快地检测到内部电弧故障2 ms，快速抑制故障电弧4 ms，削减电弧故障造成的破坏。它可应用于发电厂、变电站、工业和商业配电系统的 10 kV 中压母线上。利用该设备，能够确保从事运行检修工作人员的平安，当发生严峻的电弧故障时，能幸免开关设备严峻受损，削减开关设备的停电时刻和修理本钱，限制故障发生时开关设备内部压力上 升。当发生内部电弧故障时，在压力和温度急剧上升以前，承受快速灭弧装置就能够够熄灭故障电弧并切除短路电流，将损失降到最低。在排解电弧故障，完成了有限清理工作后，开关柜能够连续工作，供电也将快速恢复，进而有效提高供电的靠得住性。随着电网中配电网容量的渐渐增大，中低压开关柜内部电弧故障严峻制约了电力系统的平安运行。它不仅会使中压开关设备被烧毁， 还会挟制运行人员和设备的平安。另外，系统内曾经屡次显现由于开关柜内部电弧短路故障而造成设备损坏、设备越级跳闸，致使10 kV 母线停电、开关柜爆炸损坏等大事，这都严峻挟制着电力系统的平安、靠得住运行。目前，10 kV 开关心除电弧故障的时刻为100 ms2 s， 并非能快速熄灭故障电弧。因此，需要探测和防护10 kV 开关柜内部的电弧，以确保设备和工作人员的平安。1 开关柜内部电弧故障危害电弧是发生在放电进程中的一种现象。当两点之间的电压超过其空断气缘强度极限时，就会产生电弧。当适合的条件显现时，会产生一个携带着电流的等离子，直到电源侧的疼惜设备断开才会消逝。当电弧燃烧时，中心区温度会到达9 726.85 以上，外表温度到达了2726.853 726.85 ，同时，还会发出猛烈的白光。由于异样电弧会释放浩大的能量，引发各类电弧效应，因此，会使铜排、铝排熔毁和汽化，使电缆熔毁、电缆包覆层着火，造成柜内被污损、疼惜漆被焚毁、清理困难等；再加上电弧故障的开关柜本身被严峻损坏，使得高温、高压气体极快地集中到相邻盘体，从而造成多组开关柜被同时烧毁。假设是电弧较长时刻不能被熄灭，就会有爆炸的可能，危及电力系统的运行平安，进而造成必定的人员伤亡和浩大的财产损失。在开关柜内部故障电弧燃烧期间，产生的电弧效应包括压力效应、热和辐射效应。1.1 压力效应燃烧的电弧将四周的空气加热，致使空气急剧膨胀，在开关柜内部产生浩大的压力。这时，开关柜的门可能会被气体炸开，致使开关柜内部某些不结实的部件从中喷射出。当高温高压气体搀杂着金属颗粒喷射到开关柜外部时，会对四周的工作人员造成必定的损害。1.2 热和辐射效应电弧的热燃烧效应作用于开关柜的铜排、绝缘件和钢板上， 燃烧的电弧会将这些材料熔化、蒸发。电弧的燃烧效应可能会切开母线和导线，在开关柜柜壳上燃烧成洞，使设备被损坏。灼热的气体可能会从开关柜中爆炸而出，使得设备被损坏或造成必定的人员损害， 同时，还会产生有毒气体。电弧燃烧所产生的亮光会引发浩大的辐射效应。依照开关柜内部电弧的进展进程，中压开关柜内部弧光故障会经受紧缩、膨胀、热辐射排放等时期。其中，紧缩和膨胀时期的时刻为1030 ms，在那个时期内，开关柜内部产生的动态气体压力波到达峰值。在辐射排放时期，电弧能量连续输入燃弧点，会产生高温、高速的气流和微粒，而燃弧也会产生大量的热能作用于开关设备的零部件上，有可能会烧穿开关设备。热辐射排放的时刻会持续几百毫秒乃至是几秒钟，直到开关柜内部电弧故障被切除。电弧产生的能量与I2t 成正比，随着时刻的推移，内部电弧的破坏成效会愈来愈强，具体情形如图1所示。在电弧发生1030 ms 的时刻里，开关柜内部气体压力到达峰值；在4060 ms 的时刻里，低燃点的绝缘材料比方隔板、绝缘罩开头大规模燃烧；在 80100 ms 的时刻里，开关柜内部的电缆、环氧树脂等绝缘材料开头大规模燃烧； 在150 ms 左右，铜排和钢板开头燃烧。因此，如何限制内部电弧的燃烧时刻，成了有效解决开关柜内部电弧故障危害的要紧因素。2 传统内部电弧故障疼惜方式目前，在中低压开关柜中，要紧承受电流疼惜和弧光疼惜的方式来疼惜开关柜内部的电弧故障，常常使用的疼惜方式要紧有以下4种。2.1 变压器后备过电流疼惜开关柜母线故障承受变压器后备过流疼惜，故障排解时刻为1.21.4 s。这是目前国内应用最普遍的中压母线疼惜方案。考虑到馈线与母线分段开关之间的协作，一样会将疼惜跳闸时刻整定为1.01.4 s，有时乃至会更长，达2.0 s 以上。很明显，这一动作速度远远不能知足快速切除中压母线故障的要求。2.2 高阻抗疼惜当开关柜母线发生故障时，承受高阻抗疼惜的方式，故障排解时刻约为100 ms。这是国外某些重要工程曾承受的专用电流差动中压母线疼惜方案，典型的疼惜动作时刻为3560 ms。考虑到断路器的开断时刻，这一动作速度与要求在100 ms 之内排解故障的速度比相对较慢。承受这种方案，接线较为简单，对 CT 的要求很高，同时，在有很多出线的635 kV 的母线上安装疼惜开关时会遇到很多问题。另外，这种方式也很不经济。2.3 速断疼惜当开关柜电缆室发生故障时，承受速断疼惜的方式，故障排解时刻为100 ms。利用电流速断的方式实施疼惜，疼惜断路器的开断时刻为100 ms。当故障切除时刻太长，且电缆室发生单相接地的内部电弧故障时，电流速断疼惜无法快速动作。2.4 弧光疼惜当开关柜显现故障时，承受弧光疼惜的方式，故障排解的时刻为70 ms。20世纪60 年月，一些兴旺国家开头争论弧光短路故障。 20 世纪8090 年月，已经对这种故障特性有了深切的了解，并提出了各类弧光短路的防护方法。电弧光疼惜系统作为一种主动性防护方法，被普遍应用于欧美国家的电力系统和厂矿企业中，距今已有 20 年的历史了。弧光疼惜是将安装在柜内各距离中的弧光传感器作为光感应元 件，检测母线故障和断路器室、电缆室故障。在发生弧光故障时，会检测到突然增加的弧光信号，这时，光信号就会把弧光传输给主控单元。弧光疼惜系统通过检测开关柜内部发生故障时发出的弧光和电流突变量，来判定是不是有故障发生。在跳闸回路中，弧光疼惜承受快速固态继电器，系统从检测弧光到出口跳闸的时刻小于4 ms，断路器开断时刻约为60 ms，故障排解时刻约为70 ms。以上4种疼惜方式的动作时刻都较长，无法在内部电弧产生的最初时期熄灭电弧，将故障损失降到最低。在1030 ms 时，开关柜内部的气体压力就已经到达了峰值，因此，需要一种主动性较强、能快速熄灭电弧的装置疼惜开关设备。3 快速灭弧装置的原理和应用快速灭弧装置要将故障电弧排解在初始时期，不让其产生压力效应、热和辐射效应。与传统的疼惜方式相较，利用该装置具有熄灭电弧时刻小于4 ms，能最大程度地削减电弧故障的优势。在发生电弧故障、开关柜柜内压力和温度急剧增加以前，承受快速灭弧装置能够熄灭故障电弧，并切除短路电流，将损失降到最低。在排解电弧故障， 完成了有限清理工作后，开关柜能够连续工作，并快速恢复供电。快速灭弧装置是由一次主元件、检测操纵装置和弧光检测探头组成的。检测操纵装置在2 ms 内能检测出故障弧光和故障电流信号， 一次主元件收到动作指令后，在1.5 ms 内动作，将三相主回路接地， 熄灭电弧电弧故障显现后4 ms 内熄灭电弧。弧光检测操纵装置通过持续监测疼惜范围内的系统电流和弧光 信号，快速、靠得住地判定出是不是有电弧故障发生。假设是装置判定电弧故障已经发生，检测操纵装置会当即触发3个一次主元件动作， 将带电母线连接到接地回路，实现系统三相金属性接地短路，以熄灭电弧。快速灭弧装置一次主元件安装在系统带电母线与地之间，每相1 个。一次主元件是将真空灭弧室与微型气体发生器和驱动机构有效结合起来，其动作时刻小于1.5 ms。当动作信号被触发后，一次主元件内部微型气体发生器会快速地提升活塞室底部的气压，推动活塞运动，破开预先处置过的连接点，驱动接地的动触头击穿隔膜并插入高压电位的静触头中。动触头到位后实现自动闭锁，确保一次母线与地靠得住连接。一次主元件构造如图2所示。弧光检测操纵装置作为快速灭弧装置的大体单元，能够快速、靠得住地检测出设备内部的电弧故障。弧光检测是利用安装在开关设备隔室内的弧光检测探头完成对光强度的检测，当光照强度到达定值时动作。弧光检测探头是利用绝缘的光纤与装置连接在一路，当检测到弧光动作信号时，装置面板上能够准确显示动作的弧光检测通道号。弧光检测装置完全承受快速的模拟电子电路，特别设计的硬件能够保证整个检测操纵系统功能的平安性。电流检测一般是通过检测系统本段的进线疼惜级电流互感器来实现的，假设是瞬时电流大于设定值，那么，故障电流淌作判据将被激活。该弧光检测装置承受检测弧光和过流双判据原理，具有原理简洁，动作靠得住、快速，对变电站一次设备无特别要求，适应于各类运行方式，在各类运行方式下疼惜都不需要切换等优势。弧光检测探头光传感器可放置在开关设备的任何位置，通常安装在开关柜各距离室中，也可沿母线放置。弧光传感器利用的光纤， 内芯材料为聚甲基丙稀酸甲脂，外表护套材料为PVC，易于安装和利用。另外，利用光纤线传输具有抗电磁干扰的优势，不需要利用特别疼惜护套或其他疼惜设备。光纤传输保证了电弧光疼惜系统的响应时刻最短。在打算安装探头时，必需要保证快速灭弧装置疼惜区内的全部开关柜隔室都能被监测到，疼惜区内系统全部的开关柜都能被监测到。与传统的疼惜相较，配置快速灭弧装置能更快地检测到内部电弧故障2 ms，快速抑制故障电弧4 ms，削减电弧故障造成的破坏。它可应用于发电厂、变电站、工业和商业配电系统的10 kV 中压母线上。利用该设备，能够确保从事运行检修工作人员的平安，当发生严峻的电弧故障时，能幸免开关设备严峻受损，削减开关设备的停电时刻和修理本钱，限制故障发生时开关设备内部压力上升。当发生内部电弧故障时，在压力和温度急剧上升以前，承受快速灭弧装置就能够够熄灭故障电弧并切除短路电流，将损失降到最低。在排解电弧故障， 完成了有限清理工作后，开关柜能够连续工作，供电也将快速恢复， 进而有效提高供电的靠得住性。