弧光保护在锦屏二级水电站的应用和优化方案有哪些「锦屏水电站招聘信息」

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作者简要分析了电弧光产生的原因和危害。以锦屏二级水电站为例，介绍了RIZNER-EagleEye弧光保护系统，分析了弧光保护在锦屏二级水电站的应用情况和遇到的问题，提出了更优化的弧光保护配置方案。

锦屏二级水电站是雅砻江流域水头最高、装机规模最大的一座水电站，电站利用雅砻江150km大河湾的天然落差，通过长约17km的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310m，电站总装机容量4800MW，单机容量600 MW。

弧光短路是中、低压开关柜内部最严重的故障之一，由于电弧电阻的原因，短路电流往往达不到过流、速断整定值而不能快速动作切断故障。电弧持续燃烧的结果是释放出巨大的能量。另外，开关柜的弧光短路故障，往往得不到及时清除，从而造成灾难性的后果。锦屏二级水电站10kV厂用电系统采用了RIZNER-EagleEye 弧光保护系统，以提高系统运行可靠性。

1 电弧光产生的原因

一般来说，10kV开关柜内产生弧光的原因很多，主要表现在以下几个方面：

（1）保护拒动，导致故障范围扩大。

（2）绝缘材料老化、破损等。

（3）电网结构发生变化、过电压等。

（4）小动物进入开关柜内、工器具等物件接触到带电部分。

（5）工作人员操作不当。

（6）高温、高湿等恶劣的运行条件。

2 电弧光的危害

10kV开关柜内由于故障而产生的电弧对设备及人员的危害极大，如果不及时采取有效措施，将产生如下几个方面的危害：

（1）电弧光对人的伤害

弧光放电时电流很大，电弧温度高达数千度，可造成大面积的烧伤；由于高温电弧使周围金属熔化、蒸发并渗透到人体皮肤表层造成皮肤金属化；电弧电流作用于人体，使肌肉产生非自主的剧烈收缩，导致肌腱、皮肤、血管、神经组织断裂以及骨折等；弧光放电时产生的红外线、紫外线、可见光等都会损伤眼睛。

（2）电弧对设备的危害

电弧光发生时产生的大量气体，其压力波可造成开关柜体变形、破碎；；爆破震动波造成开关柜内强烈震动，使固定元器件松脱；高温电弧可造成电缆燃烧引起火灾、爆炸等事故；高温电弧可使铜排、铝排等器件迅速气化，并产生大量有毒有害烟尘，造成元器件严重污染。

3 RIZNER-EagleEye 弧光保护系统概述

RIZNER-EagleEye弧光保护采用检测弧光和过流双判据原理。具有原理简单，动作可靠迅速，适应于各种运行方式，且在各种运行方式下保护不需要切换等优点。

3.1 RIZNER-EagleEye 主控单元

主控单元是RIZNER-EagleEye 电弧光保护系统的核心部件，主控单元安装在10kV各段进线开关柜内。主控单元对收集的数据进行处理、判断，在满足跳闸条件时，发出跳闸信号以切除故障。

跳闸条件有两种设置方式，一种是同时检测到过电流和光信号时，才发出跳闸指令；另一种是只需检测到光信号，就发跳闸指令。若保护系统采用了电流单元，且整定的电流值没有超过，保护系统不会发出跳闸信号。

3.2 EagleEye-ARC 弧光单元

如果主控单元的弧光测量口不够用，或者想设定更多的跳闸逻辑时，则须使用弧光单元。弧光单元面板上的电位计用来调整感光的强度，当开关柜内产生弧光时，弧光单元则把信息传递到主控单元。

3.3 EagleEye –CR 电流单元

EagleEye-CR 电流单元用来确保保护系统在不同运行情况下的跳闸逻辑可操作性。通过使用电流单元，弧光保护系统中的跳闸逻辑可以多样化，且有更多的选择。测量电路中的二次电流直接接入到电流单元，电流单元将电流信号输出到主控单元。

4 弧光保护在锦屏二级水电站的应用

锦屏二级水电站10kV厂用电系统设4段母线，每段母线各接一组高压厂变（高压厂变电源分别引自1号、3号、5号、7号机组机端），其中，在Ⅱ段和Ⅳ段母线上还各接一回从施工变电所引来的电源，Ⅰ段和Ⅱ段、Ⅲ段和Ⅳ段母线间均装有一个联络开关，Ⅱ段和Ⅲ段、Ⅳ段和Ⅰ段均装有一个分段开关和一个联络开关。

其中Ⅰ段和Ⅱ段母线10kV开关柜布置在副厂房10kV 1号配电室内，Ⅲ段和Ⅳ段母线10kV开关柜布置在主变洞10kV 2号配电室内，两个配电室相距较远。

每段母线均设一套RIZNER-EagleEye 弧光保护系统。其中RIZNER-EagleEye主控单元安装在本段母线主电源进线开关柜内，EagleEye –CR 电流单元安装在主电源进线开关柜内、施工变进线开关柜内、Ⅱ段和Ⅲ段分段开关柜和联络开关柜内，EagleEye-ARC 弧光单元安装在10kV厂用电Ⅱ段第9面馈线柜内，弧光传感器安装在每面开关柜的母线室中。

锦屏二级水电站的弧光保护采用弧光和电流双判据，即只有在检测到弧光并且电流满足定值时，弧光保护动作；只检测到弧光或者电流达到定值时弧光保护仅发出报警信号。

图1为最初的Ⅰ段和Ⅳ段的弧光保护配置图，图中Ⅰ段和Ⅳ段之间的分段开关CT和联络开关CT的电流未被任何一套弧光保护所采集，而仅仅在分段开关柜和联络开关柜内安装了弧光传感器，当Ⅰ段和Ⅳ段母线联络运行时，无电源的那一段母线上的馈线柜内发生了故障，那一段母线的弧光保护接收到了弧光传感器的弧光信号，但是无法采集到故障电流，故该弧光保护将会拒动。

而有电源的那一段母线上的弧光保护可以在进线开关柜内采集到故障电流，但是无法接收到弧光传感器的弧光信号，故该弧光保护也会拒动。

经过多方协商后，由厂方在Ⅰ段、Ⅳ段之间的分段开关柜和联络开关柜内均增加一个EagleEye –CR电流单元，以便两段母线上的弧光保护能够采集各自的电流信号，这样就可以解决弧光保护据动的问题。

弧光传感器安装在开关柜顶部的母线室内，而对电缆室内的电缆头、支撑绝缘子等故障高发部位的故障无法检测，如果增加部分弧光传感器，就可以实现对开关柜的全面保护，增加保护的可靠性。

为了避免弧光保护误报警，因此不能将弧光传感器安装在容易被强光照射到的位置。

5 结束语

弧光保护原理简单，动作迅速可靠，可以有效解决故障弧光所产生的危害，减少设备损失和人员伤亡，保证电力设备的安全稳定运行，提高电力系统的可靠运行和经济效益。

图1 Ⅰ段、Ⅳ段弧光保护配置示意图

（编自《电气技术》，标题为“弧光保护在10kV厂用电系统中的应用”，作者为张伟。）