一种电力设备的弧光保护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统保护领域，具体为一种电力设备的弧光保护方法。
【背景技术】
[0002]随着电网的快速发展，IlOkV及以上电压等级均已有比较成熟的保护措施，6kV(1kV)到35kV这个电压等级范围内厂用中压配电开关柜为全厂辅机/供电系统的供电枢纽，在发生内部故障时是否能迅速切除故障，对全厂(变电站)配电系统的安全运行至关重要，但是按目前的保护方案:在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题，一般未装设母线保护。然而，由于中低压母线上的出线多，操作频繁，三相导体线间距离与大地的距离比较近，容易受小动物危害，设备制造质量比高压设备差，设备绝缘老化和机械磨损，运行条件恶劣，系统运行条件改变，人为和操作错误等原因，中低压母线的故障几率比高压、超高压母线高得多。但长期以来，人们对中低压母线的保护一直不够重视，大多采用带有较大延时的后备保护来切除母线上的故障，往往使故障被发展、扩大。
[0003]鉴于中压母线的重要地位，任何故障的延时切除，都是我们极为不愿意看到的现状，因为开关柜内的电弧光发生时广生的尚温、尚压、弧光、振动、爆破音给开关柜等相关设备造成严重的损伤，甚至波及到变压器，造成变压器的烧毁，严重危及人身的安全，从而造成巨大的经济损失。如2009年安徽电力公司某供电局220kV变电站35kV开关柜误操作电弧光事故造成一人死亡；2009年重庆某电厂厂用电进线柜电流互感器绝缘电弧光故障造成停机及厂用变压器返厂维修；2011年云南电网公司“2.24”事故，怒江供电局某变电站因电弧光事故造成一人死亡。
[0004]由于多年运行表明中低压配电柜内部弧光保护对人身及设备带来极大的损害，各国电力专家开始对电弧光故障进行研宄及认识。国际电工委员会IEC修订了其IEC60298-2003标准了中压开关柜内部电弧光故障产生的原因、解决方案及测试方法，加拿大电力和电子制造商协会(EEMAC)制定了在内部弧光故障的条件下金属铠装开关柜电阻的测试规则，美国出版了 IEEE C37.20.7中压金属铠装开关柜内部弧光故障的测试导贝1J。此外美国在电力职业安全生产方面针对电弧光弧闪事故建立了相关标准和要求，美国国家防火协会(NFPA)，作为美国国家电力规范(NBC)的一个补充，制定了 NFPA 70E-2004职业电力安全要求标准。国内根据IEC60298-2003标准制定我国现有标准GB 3906-2006《3.6kV?40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》，定义了内部电弧级开关设备和控制设备(IAC)，其内部故障电弧试验规定为必做的型式试验。
[0005]近年来由于对内部故障电弧特征参数的不断了解，中压开关柜相关新标准对防弧光故障要求的不断提高，国内一些专家一直强调装设专用中低压母线保护的重要性，用户也希望可以提供一种造价偏低，原理简单，适用于6-35kV的母线保护，以最大限度减小母线故障对设备的损害，提供供电可靠性，作为最快速度的专用母线弧光保护系统应运而生，它不仅能很好地应用于新装开关柜里也能方便地加装到已运行的开关柜中，其目标就是在第一时间里切除弧光故障使人身伤亡及设备损害降至最低，与其他专用母线保护相比有价格优势。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种流变化不大时的保护问题，提出一种可以在弧光故障刚发生时有效进行监测、处理的弧光保护方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案:
[0008]本发明一种电力设备的弧光保护方法，对电力设备运行时声波信号和光波信号进行与逻辑判断，通过快速继电器，输出到断路器。这种判断方法并不将电流信号作为主要判据，从而对设备内部故障不引起电流变化的事故或隐患进行保护动作。还可以参考电流信号，以电流信号和“与逻辑”结果进行“或操作”判断，从而输出最终结果。
[0009]所述声波信号的正常音频信号为20?20kHz，超声波信号为20k?1GHz，所述光波信号指波长为200?400nm的紫外线。
[0010]由于正常工作时和异常工作时均有声音发出，而且考虑到周围杂波、噪声的影响，此时声波信号阈值一般可设置为正常工作时幅值信号的(3-10)倍，由于普通条件下光强比较弱，因而光波信号阈值一般可设置为正常工作时幅值信号的(5-100)倍，此时进行与操作，参考电流信号情况，可以为或逻辑，从而通过快速继电器输出信号。
[0011]本发明设计的运用声光电等特征判断电力设备电弧放电及机械震动、异常位移类故障的方法依据的原理之一是，利用声波和震动波对电力设备内部，进行电弧放电及机械类故障检测。
[0012]本发明依据的原理之二是，电力设备过电压、器件老化、铁芯异常、绕组损坏、接触不良、电动力抖动等原因造成的电弧放电。本发明依据的原理之三是，变电设备或输电杆塔由于异常震动机械位移产生的震动波，电磁类设备不仅有铁芯磁致伸缩现象，还有器件受电动力等情况下的抖动和共震现象。如变压器铁芯振动信号主要集中在100?400Hz，设备正常运行的震动波可认定为正常波，反之偏离这个频谱段则为异常。此时设备应有器件松动、近区短路、接触不良等原因造成的机械性严重震动缺陷。
[0013]平常意义上的声波，主要包括频率范围为(O-1OT)Hz的波形，各频段的波形定义如下:(0-20)Hz为次声波，(20-20k)Hz为正常音频信号，(20k_lG)Hz为超声波信号，(IG-1OT)Hz为甚超声波信号，配电柜正常运行时的幅频特性图由图2所示，正常工作频率主要在200Hz附近，其幅值也是最大的，当异常运行时幅频特性图如图3所示，工作频率主要在250Hz附近，其幅值也是最大的，此时工作频率发生偏移，而由图4可知，红铜与红铜之间光谱幅值最大在340nm附近，铁与铁之间光谱幅值最大在310nm附近，黄铜与黄铜之间光谱幅值最大在520nm附近，铝与铝之间光谱幅值最大在390nm附近，从常见材料特性可知:常见材料的波长基本上都是属于波长(200?400) nm的紫外线。
[0014]本发明所达到的有益效果是:本发明主要考虑早期发现设备电弧放电类故障，出现异常后，表明设备存在隐患。
[0015]本发明，提供了一种流变化不大时的保护问题，提出一种可以在弧光故障刚发生时有效进行监测、处理的弧光保护方法。可以有效保护附近工作人员免遭电弧光对人身的伤害，保护中低压设备免受严重破坏、防止火灾发生；保护主变压器或者厂用变压器免受严重冲击而损坏；防止波及占用直流系统，造成巨大的经济损失；最大限度地减小用户的停电时间(用户停电恢复时间，由原来的几个星期或几天减少至几个小时以内)，延长现有开关相关设备的使用寿命。
【附图说明】
[0016]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0017]图1是本发明的流程框图；
[0018]图2是本发明中电力设备正常运行时的幅频特性图；
[0019]图3是本发明中电力设备异常运行时的幅频特性图；
[0020]图4是发生弧光故障时的波长图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]实施例
[0023]如图1所不的一种电力设备的弧光保护方法，对电力设备运行时声波信号和光波信号进行与逻辑判断，所述声波信号的正常音频信号为20?20kHz，超声波信号为20k?1GHz，所述光波信号指波长为200?400nm的紫外线，通过快速继电器，输出到断路器。还可以参考电流信号，将电流信号和“与逻辑”结果进行“或操作”判断，从而输出最终结果。
[0024]由于正常工作时和异常工作时均有声音发出，而且考虑到周围杂波、噪声的影响，此时声波信号阈值一般可设置为正常工作时幅值信号的(3-10)倍，由于普通条件下光强比较弱，因而光波信号阈值一般可设置为正常工作时幅值信号的(5-100)倍，此时进行与操作，参考电流信号情况，可以为或逻辑，从而通过快速继电器输出信号。
[0025]电力设备过电压、器件老化、铁芯异常、绕组损坏、接触不良、电动力抖动等原因造成的电弧放电。设备正常运行时的声频如图1所示，异常时的放电声频如图2所示。图4发生弧光故障时的波长图。
[0026]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种电力设备的弧光保护方法，其特征在于，对电力设备运行时声波信号和光波信号进行与逻辑判断，通过快速继电器，输出到断路器。
2.如权利要求1所述的一种电力设备的弧光保护方法，其特征在于，将电流信号和“与逻辑”结果进行“或操作”判断，从而输出最终结果。
3.如权利要求1所述的一种电力设备的弧光保护方法，其特征在于，所述声波信号的正常音频信号为20?20kHz，超声波信号为20k?IGHz。
4.如权利要求1所述的一种电力设备的弧光保护方法，其特征在于，所述光波信号指波长为200?400nm的紫外线。
5.如权利要求1所述的一种电力设备的弧光保护方法，其特征在于，所述的声波信号的阈值为电力设备正常工作时的声波信号幅值3?10倍。
6.如权利要求1所述的一种电力设备的弧光保护方法，其特征在于，所述的光波信号的阈值为电力设备正常工作时的声波信号幅值5?100倍。
【专利摘要】本发明一种电力设备的弧光保护方法,对电力设备运行时声波信号和光波信号进行与逻辑判断，通过快速继电器，输出到断路器。这种判断方法并不将电流信号作为主要判据，从而对设备内部故障不引起电流变化的事故或隐患进行保护动作。还可以参考电流信号，以电流信号和“与逻辑”结果进行“或操作”判断，从而输出最终结果。可以在弧光故障刚发生时有效进行监测、处理的弧光保护方法，有效保护附近工作人员免遭电弧光对人身的伤害，保护中低压设备免受严重破坏、防止火灾发生，最大限度地减小用户的停电时间，延长现有开关相关设备的使用寿命。
【IPC分类】H02H7-22
【公开号】CN104617564
【申请号】CN201510028320
【发明人】丁心志, 刘柱揆, 许守东
【申请人】云南电网有限责任公司电力科学研究院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月20日