10kV開關(guān)柜快速滅弧裝置

10kV開關(guān)柜快速滅弧裝置論文摘要：與傳統(tǒng)的愛惜相較，配置快速滅弧裝置能更快地檢測到內(nèi)部電弧故障（2ms）,迅速抑制故障電?。?ms）,減少電弧故障造成的破壞。它可應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站、工業(yè)和商業(yè)配電系統(tǒng)的10kV中壓母線上。利用該設(shè)備，能夠確保從事運行檢修工作人員的平安，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)峻的電弧故障時，能幸免開關(guān)設(shè)備嚴(yán)峻受損，減少開關(guān)設(shè)備的停電時刻和維修本錢，限制故障發(fā)生時開關(guān)設(shè)備內(nèi)部壓力上升。當(dāng)發(fā)生內(nèi)部電弧故障時，在壓力和溫度急劇升高以前，采納快速滅弧裝置就能夠夠熄滅故障電弧并切除短路電流，將損失降到最低。在排除電弧故障，完成了有限清理工作后，開關(guān)柜能夠繼續(xù)工作，供電也將迅速恢復(fù)，進(jìn)而有效提高供電的靠得住性。隨著電網(wǎng)中配電網(wǎng)容量的慢慢增大，中低壓開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障嚴(yán)峻制約了電力系統(tǒng)的平安運行。它不僅會使中壓開關(guān)設(shè)備被燒毀，還會要挾運行人員和設(shè)備的平安。另外，系統(tǒng)內(nèi)曾經(jīng)多次顯現(xiàn)因為開關(guān)柜內(nèi)部電弧短路故障而造成設(shè)備損壞、設(shè)備越級跳閘，致使10kV母線停電、開關(guān)柜爆炸損壞等事件，這都嚴(yán)峻要挾著電力系統(tǒng)的平安、靠得住運行。目前，10kV開關(guān)心除電弧故障的時刻為100ms~2s，并非能快速熄滅故障電弧。因此，需要探測和防護(hù)10kV開關(guān)柜內(nèi)部的電弧，以確保設(shè)備和工作人員的平安。開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障危害電弧是發(fā)生在放電進(jìn)程中的一種現(xiàn)象。當(dāng)兩點之間的電壓超過其空斷氣緣強(qiáng)度極限時，就會產(chǎn)生電弧。當(dāng)適合的條件顯現(xiàn)時，會產(chǎn)生一個攜帶著電流的等離子，直到電源側(cè)的愛惜設(shè)備斷開才會消失。當(dāng)電弧燃燒時，中心區(qū)溫度會達(dá)到9726.85°C以上，表面溫度達(dá)到了2726.85?3726.85C,同時，還會發(fā)出強(qiáng)烈的白光。由于異樣電弧會釋放龐大的能量，引發(fā)各類電弧效應(yīng)，因此，會使銅排、鋁排熔毀和汽化，使電纜熔毀、電纜包覆層著火，造成柜內(nèi)被污損、愛惜漆被焚毀、清理困難等；再加上電弧故障的開關(guān)柜本身被嚴(yán)峻損壞，使得高溫、高壓氣體極快地擴(kuò)散到相鄰盤體，從而造成多組開關(guān)柜被同時燒毀。若是電弧較長時刻不能被熄滅，就會有爆炸的可能，危及電力系統(tǒng)的運行平安，進(jìn)而造成必然的人員傷亡和龐大的財產(chǎn)損失。在開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧燃燒期間，產(chǎn)生的電弧效應(yīng)包括壓力效應(yīng)、熱和輻射效應(yīng)。壓力效應(yīng)燃燒的電弧將周圍的空氣加熱，致使空氣急劇膨脹，在開關(guān)柜內(nèi)部產(chǎn)生龐大的壓力。這時，開關(guān)柜的門可能會被氣體炸開，致使開關(guān)柜內(nèi)部某些不牢固的部件從中噴射出。當(dāng)高溫高壓氣體攙雜著金屬顆粒噴射到開關(guān)柜外部時，會對周圍的工作人員造成必然的損害。熱和輻射效應(yīng)電弧的熱（燃燒）效應(yīng)作用于開關(guān)柜的銅排、絕緣件和鋼板上，燃燒的電弧會將這些材料熔化、蒸發(fā)。電弧的燃燒效應(yīng)可能會切開母線和導(dǎo)線，在開關(guān)柜柜殼上燃燒成洞，使設(shè)備被損壞。灼熱的氣體可能會從開關(guān)柜中爆炸而出，使得設(shè)備被損壞或造成必然的人員損害，同時，還會產(chǎn)生有毒氣體。電弧燃燒所產(chǎn)生的亮光會引發(fā)龐大的輻射效應(yīng)。依照開關(guān)柜內(nèi)部電弧的進(jìn)展進(jìn)程，中壓開關(guān)柜內(nèi)部弧光故障會經(jīng)歷緊縮、膨脹、熱輻射排放等時期。其中，緊縮和膨脹時期的時刻為10?30ms，在那個時期內(nèi)，開關(guān)柜內(nèi)部產(chǎn)生的動態(tài)氣體壓力波達(dá)到峰值。在輻射排放時期，電弧能量繼續(xù)輸入燃弧點，會產(chǎn)生高溫、高速的氣流和微粒，而燃弧也會產(chǎn)生大量的熱能作用于開關(guān)設(shè)備的零部件上，有可能會燒穿開關(guān)設(shè)備。熱輻射排放的時刻會持續(xù)幾百毫秒乃至是幾秒鐘，直到開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障被切除。電弧產(chǎn)生的能量與I2t成正比，隨著時刻的推移，內(nèi)部電弧的破壞成效會愈來愈強(qiáng)，具體情形如圖1所示。在電弧發(fā)生10?30ms的時刻里，開關(guān)柜內(nèi)部氣體壓力達(dá)到峰值；在40?60ms的時刻里，低燃點的絕緣材料比如隔板、絕緣罩開始大規(guī)模燃燒；在80?100ms的時刻里，開關(guān)柜內(nèi)部的電纜、環(huán)氧樹脂等絕緣材料開始大規(guī)模燃燒；在150ms左右，銅排和鋼板開始燃燒。因此，如何限制內(nèi)部電弧的燃燒時刻，成了有效解決開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障危害的要緊因素。傳統(tǒng)內(nèi)部電弧故障愛惜方式目前，在中低壓開關(guān)柜中，要緊采納電流愛惜和弧光愛惜的方式來愛惜開關(guān)柜內(nèi)部的電弧故障，經(jīng)常使用的愛惜方式要緊有以下4種。2.1變壓器后備過電流愛惜開關(guān)柜母線故障采納變壓器后備過流愛惜，故障排除時刻為1.2?1.4s。這是目前國內(nèi)應(yīng)用最普遍的中壓母線愛惜方案?？紤]到饋線與母線分段開關(guān)之間的配合，一樣會將愛惜跳閘時刻整定為1.0?1.4s,有時乃至?xí)L，達(dá)2.0s以上。很顯然，這一動作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能知足快速切除中壓母線故障的要求。高阻抗愛惜當(dāng)開關(guān)柜母線發(fā)生故障時，采納高阻抗愛惜的方式，故障排除時刻約為100ms。這是國外某些重要項目曾采納的專用電流差動中壓母線愛惜方案，典型的愛惜動作時刻為35?60ms?？紤]到斷路器的開斷時刻，這一動作速度與要求在100ms之內(nèi)排除故障的速度比相對較慢。采納這種方案，接線較為復(fù)雜，對CT的要求很高，同時，在有很多出線的6?35kV的母線上安裝愛惜開關(guān)時會碰到很多問題。另外，這種方式也很不經(jīng)濟(jì)。速斷愛惜當(dāng)開關(guān)柜電纜室發(fā)生故障時，采納速斷愛惜的方式，故障排除時刻為100ms。利用電流速斷的方式實施愛惜，愛惜斷路器的開斷時刻為100ms。當(dāng)故障切除時刻太長，且電纜室發(fā)生單相接地的內(nèi)部電弧故障時，電流速斷愛惜無法迅速動作。弧光愛惜當(dāng)開關(guān)柜顯現(xiàn)故障時，采納弧光愛惜的方式，故障排除的時刻為70ms。20世紀(jì)60年代，一些發(fā)達(dá)國家開始研究弧光短路故障。20世紀(jì)80—90年代，已經(jīng)對這種故障特性有了深切的了解，并提出了各類弧光短路的防護(hù)方法。電弧光愛惜系統(tǒng)作為一種主動性防護(hù)方法，被普遍應(yīng)用于歐美國家的電力系統(tǒng)和廠礦企業(yè)中，距今已有20年的歷史了?；」鈵巯菍惭b在柜內(nèi)各距離中的弧光傳感器作為光感應(yīng)元件，檢測母線故障和斷路器室、電纜室故障。在發(fā)生弧光故障時，會檢測到突然增強(qiáng)的弧光信號，這時，光信號就會把弧光傳輸給主控單元?；」鈵巯到y(tǒng)通過檢測開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生故障時發(fā)出的弧光和電流突變量，來判定是不是有故障發(fā)生。在跳閘回路中，弧光愛惜采納快速固態(tài)繼電器，系統(tǒng)從檢測弧光到出口跳閘的時刻小于4ms,斷路器開斷時刻約為60ms，故障排除時刻約為70ms。以上4種愛惜方式的動作時刻都較長，無法在內(nèi)部電弧產(chǎn)生的最初時期熄滅電弧，將故障損失降到最低。在10~30ms時，開關(guān)柜內(nèi)部的氣體壓力就已經(jīng)達(dá)到了峰值，因此，需要一種主動性較強(qiáng)、能快速熄滅電弧的裝置愛惜開關(guān)設(shè)備?？焖贉缁⊙b置的原理和應(yīng)用快速滅弧裝置要將故障電弧排除在初始時期，不讓其產(chǎn)生壓力效應(yīng)、熱和輻射效應(yīng)。與傳統(tǒng)的愛惜方式相較，利用該裝置具有熄滅電弧時刻小于4ms，能最大程度地減少電弧故障的優(yōu)勢。在發(fā)生電弧故障、開關(guān)柜柜內(nèi)壓力和溫度急劇增加以前，采納快速滅弧裝置能夠熄滅故障電弧，并切除短路電流，將損失降到最低。在排除電弧故障，完成了有限清理工作后，開關(guān)柜能夠繼續(xù)工作，并迅速恢復(fù)供電?？焖贉缁⊙b置是由一次主元件、檢測操縱裝置和弧光檢測探頭組成的。檢測操縱裝置在2ms內(nèi)能檢測出故障弧光和故障電流信號，一次主元件收到動作指令后，在1.5ms內(nèi)動作，將三相主回路接地,熄滅電?。娀」收巷@現(xiàn)后4ms內(nèi)熄滅電?。?。弧光檢測操縱裝置通過持續(xù)監(jiān)測愛惜范圍內(nèi)的系統(tǒng)電流和弧光信號，迅速、靠得住地判定出是不是有電弧故障發(fā)生。若是裝置判定電弧故障已經(jīng)發(fā)生，檢測操縱裝置會當(dāng)即觸發(fā)3個一次主元件動作，將帶電母線連接到接地回路，實現(xiàn)系統(tǒng)三相金屬性接地短路，以熄滅電弧?？焖贉缁⊙b置一次主元件安裝在系統(tǒng)帶電母線與地之間，每相1個。一次主元件是將真空滅弧室與微型氣體發(fā)生器和驅(qū)動機(jī)構(gòu)有效結(jié)合起來，其動作時刻小于1.5ms。當(dāng)動作信號被觸發(fā)后，一次主元件內(nèi)部微型氣體發(fā)生器會快速地提升活塞室底部的氣壓，推動活塞運動，破開預(yù)先處置過的連接點，驅(qū)動接地的動觸頭擊穿隔膜并插入高壓電位的靜觸頭中。動觸頭到位后實現(xiàn)自動閉鎖，確保一次母線與地靠得住連接。一次主元件結(jié)構(gòu)如圖2所示?；」鈾z測操縱裝置作為快速滅弧裝置的大體單元，能夠快速、靠得住地檢測出設(shè)備內(nèi)部的電弧故障?；」鈾z測是利用安裝在開關(guān)設(shè)備隔室內(nèi)的弧光檢測探頭完成對光強(qiáng)度的檢測，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到定值時動作?；」鈾z測探頭是利用絕緣的光纖與裝置連接在一路，當(dāng)檢測到弧光動作信號時，裝置面板上能夠準(zhǔn)確顯示動作的弧光檢測通道號。弧光檢測裝置完全采納快速的模擬電子電路，特殊設(shè)計的硬件能夠保證整個檢測操縱系統(tǒng)功能的平安性。電流檢測一般是通過檢測系統(tǒng)本段的進(jìn)線愛惜級電流互感器來實現(xiàn)的，若是瞬時電流大于設(shè)定值，那么，故障電流動作判據(jù)將被激活。該弧光檢測裝置采納檢測弧光和過流雙判據(jù)原理，具有原理簡單，動作靠得住、迅速，對變電站一次設(shè)備無特殊要求，適應(yīng)于各類運行方式，在各類運行方式下愛惜都不需要切換等優(yōu)勢。弧光檢測探頭（光傳感器）可放置在開關(guān)設(shè)備的任何位置，通常安裝在開關(guān)柜各距離室中，也可沿母線放置?；」鈧鞲衅骼玫墓饫w，內(nèi)芯材料為聚甲基丙稀酸甲脂，外表護(hù)套材料為PVC,易于安裝和利用。另外，利用光纖線傳輸具有抗電磁干擾的優(yōu)勢，不需要利用特殊愛惜護(hù)套或其他愛惜設(shè)備。光纖傳輸保證了電弧光愛惜系統(tǒng)的響應(yīng)時刻最短。在計劃安裝探頭時，必需要保證快速滅弧裝置愛惜區(qū)內(nèi)的所有開關(guān)柜隔室都能被監(jiān)測到，愛惜區(qū)內(nèi)系統(tǒng)所有的開關(guān)柜都能被監(jiān)測到。與傳統(tǒng)的愛惜相較，配置快速滅弧裝置能更快地檢測到內(nèi)部電弧故障（2ms），迅速抑制故障電弧（4ms），減少電弧故障造成的破壞。它可應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站、工業(yè)和商業(yè)配電系統(tǒng)的10