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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
更新時(shí)間:2023-12-22   點(diǎn)擊次數(shù):391次

隨著我國電網(wǎng)特高壓、大電網(wǎng)發(fā)展的不斷深,對于發(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,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,,高壓廠用電系統(tǒng)的保護(hù)顯得至關(guān)重要。

按照我國現(xiàn)行的廠用電和繼電保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī),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,加大了設(shè)備的損害。近年,隨著系統(tǒng)短路電流的不斷增,由于廠用電系統(tǒng)短路故障切除不及時(shí)引起的電弧光對設(shè)備及人員造成傷害的事故時(shí)有發(fā),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

據(jù)GB/T142852006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》DL/T51532002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定,針對高壓廠用電源及母線故障的保護(hù)配置一般:

.       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,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。

.       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,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,故障切除時(shí)間延長。

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,從而造成重大危害。

(1)電弧溫度,由于過熱造成母線銅排、鋁排熔,電纜熔,電纜絕緣層著,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),會造成更大面積的停電和火災(zāi)事,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2部分組:弧光傳感器和控制保護(hù)主單元?;」鈧鞲衅鞣稚⒉贾迷诟邏洪_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80100ms,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,原理簡,同時(shí)也保證了可靠性。另,該整套保護(hù)系統(tǒng)具有較好的速動(dòng),可快速切除高壓廠用母線的短路故,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),,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1,該系統(tǒng)一般包4個(gè)部分。

img1 

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和控制保護(hù)功,通過分析處理電流檢測數(shù)據(jù)和來自弧光傳感器的動(dòng)作信,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,在進(jìn)線斷路器不能切除故障時(shí),啟動(dòng)失靈保護(hù)邏,跳上斷路器。此,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?;」鈧鞲衅鞣稚惭b于開關(guān)柜母線室和斷路器室內(nèi),作為光感應(yīng)元,應(yīng)檢測在故障中增強(qiáng)的光強(qiáng)并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送給輔助單元。

(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,主要用于聯(lián)結(jié)以3部分設(shè),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2×300MW火力發(fā)電廠工程,每臺機(jī)組設(shè)1臺高壓廠用工作變壓器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,2個(gè)繞組分別接入對應(yīng)的高壓母線,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,即每段高壓廠用母線配1套電弧光保護(hù)系統(tǒng)。在工作電源進(jìn)線開關(guān)柜配1臺主單,用于工作進(jìn)線的電流檢測和整個(gè)系統(tǒng)的控制保護(hù);時(shí),在備用電源進(jìn)線柜配1臺電流輔助單,用于備用電源進(jìn)線的電流檢測。

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,用于檢測開關(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,僅在母線室配置弧光傳感器。

4.3輔助單元的配置

單臺輔助單元可接入多臺弧光傳感,,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,810面開關(guān)柜設(shè)1臺輔助單元。

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,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ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品選型說明

ARB5-弧光主控單元

技術(shù)參數(shù)代碼

代碼說明

弧光主控板數(shù)

0

0塊主控板,可0塊采集板信號

1

1塊主控板,可6塊采集板信號

2

2塊主控板,可12塊采集板信號

3

3塊主控板,可18塊采集板信號

4

4塊主控板,可24塊采集板信號

弧光采集板數(shù)

0

0塊采集板,可直接采0個(gè)弧光探頭信號

1

1塊采集板,可直接采5個(gè)弧光探頭信號

2

2塊采集板,可直接采10個(gè)弧光探頭信號

3

3塊采集板,可直接采15個(gè)弧光探頭信號

4

4塊采集板,可直接采20個(gè)弧光探頭信號

電流輸入

1

1A

5

 

電源

1

裝置電源DC110V,開入電DC110V

2

裝置電源DC220V,開入電DC220V

3

裝置電源AC110V,開入電DC24V(裝置自帶)

4

裝置電源AC220V,開入電DC24V(裝置自帶)

電源

0

不需要

1

MMS

2

MMS,GOOSE

1)*表示可選附件,需要另外增加費(fèi)1500元。

2)主控板和采集板數(shù)量之和不能大4。

3)弧光探頭到采集板的長度不能超20米。

4)如有特殊要求,請?zhí)貏e注明。

6安科ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品功能和技術(shù)參數(shù)

型號

主要功能

技術(shù)參數(shù)

img2ARB5-M弧光保護(hù)主控單元

8組弧光保護(hù)

可選4塊采集板,1塊采集板可采5路探頭,共支20路弧光探頭直接采集。

亦可選4塊主控板(即可接4ARB5-E擴(kuò)展單元1塊主控板可接6塊采集板的探頭,共支120路弧光探頭采集。

4組失靈保護(hù)

4組電流回TA監(jiān)測

4組三相電流采集

11路可編程跳閘出口

非電量保護(hù)

裝置故障告警

2RS485

2路以太網(wǎng)

1路打印接口

1IRIG-B碼對時(shí)接口

IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103

GOOSE輸入輸出(選配)

img3ARB5-E弧光保護(hù)擴(kuò)展單元

弧光信號采集

可選6塊采集板1塊采集板可采5路探頭,共支30路弧光探頭直接采集。

模擬狀態(tài)傳輸

需要配ARB5-M主控單元使用

img4ARB5-S弧光探頭

弧光信號監(jiān)測

點(diǎn)式弧光傳感器,可安裝于

母線室、電纜室或斷路器室。

現(xiàn)場調(diào)試及工程服務(wù)費(fèi)

 

視項(xiàng)目情況核價(jià)

7安科ARB5-M弧光保護(hù)產(chǎn)品現(xiàn)場安裝

弧光保護(hù)主控單元、探頭安裝圖如下。

img5 

img6img7 

8結(jié)束語

電弧光保護(hù)作為一種原理簡單、速動(dòng)性好的新型保護(hù)系統(tǒng),為火力發(fā)電廠高壓廠用電系統(tǒng)母線故障保護(hù),減少設(shè)備損壞和人員損,提供了一種良好的途徑。目,在渭河電2×300MW工程、灞橋電2×300MW工程等項(xiàng)目的高壓廠用電系統(tǒng),電弧光保護(hù)系統(tǒng)已得到了應(yīng),至今運(yùn)行情況良好。今后的工程項(xiàng)目,電弧光保護(hù)系統(tǒng)在火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用必將更加廣,隨著應(yīng)用實(shí)例的不斷增,其運(yùn)行整定也將更加完善和成熟。

參考文獻(xiàn):

.       .電弧光保護(hù)在火電廠高壓廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用.

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手2022.5(版.

 


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