一种弧光保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统保护领域，特别设及一种弧光保护方法。
【背景技术】
[0002] 随着电网的快速发展，IlOkV及W上电压等级均已有比较成熟的保护措施，6kV (IOkV)到35kV运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W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，=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W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产生的高溫、高压、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究及认识。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 电子制造商协会化EMAC)制定了在内部弧光故障的条件下金属链装开关柜电阻的测试规 贝IJ，美国出版了 IEEE C37.20.7中压金属链装开关柜内部弧光故障的测试导则。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《3.6^~40.5^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W提供一种造价偏低，原理简单，适用于6-35kV的母线保护，W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] 当纯弧光保护时，首先通过纯弧光选择开关将电流保护功能退出，当任何一个孤 光传感器检测到弧光信号时，与其相对应的出口继电器动作并点亮与其相对应的跳闽灯； 当弧光判据与电流判据保护时，首先通过纯弧光选择开关将电流保护功能投入，且检测到 有电流信号；同时当一个孤光传感器检测到弧光信号时，与其相对应的出口继电器动作并 点亮与其相对应的跳闽灯。
[0007] 运两种保护方式在实际运用过程中会造成误动作事件发生，影响弧光保护装置的 可靠性。
[0008] 本发明的目的就是针对W上存在的缺陷和问题，克服设备内部故障，电流变化不 大时的保护问题，提出一种可W在弧光故障刚发生时有效进行监测、处理的弧光保护方法。
[0009] 对电力变电设备进行检测，所述判断电力设备电弧放电及其他故障的方法如下：
[0010] -种弧光保护方法，本发明特征在于：W电流信号和光波信号进行与逻辑判断，通 过定时器，参考电压信号，从而通过快速继电器输出到断路器。运种判断方法参考电压信 号，从而提高弧光保护装置动作的可靠性，避免乱动作，具体步骤如下：
[00川 SI:弧光保护装置上电；
[0012] S2、赋初值给电流保护整定值Il日.set、弧光保护整定值OPl日.set和电压保护整定值 Vlo.set
[0013 ] S3、测量并计算出母线电流工频相量值、弧光强度及相电压的工频相量值；
[0014] S4、判断是否满足电流幅值iLO.setULOi，弧光强度OPLO.set如PLOi;
[001引S5:如果满足，经过定时器，比较母线相电压的幅值1^、册、11(：，将幅值最小的一项 取为ULOi;
[0016] S6、根据公式实时化=巧J W计算电压馈线电流工频相量值；
[0017] S7、判断幅值是否满足VLO.set含Ui;
[001引如果满足，则启动弧光保护，如果不满足，则返回步骤S3。
[0019]弧光保护整定值的参量为光强度或光照度。1。:选1或采用如下公式计算：
[0021] Zsz = 2(ZSl+ZTl) + (ZT0+3Rg)，方p|。为故障相在故障发生前的电压工频相量值， &P I/为故障相在故障发生后的电压工频相量值，ZSl为主变压器高压侧的系统正序阻抗， ZTl为主变压器正序阻抗，ZTO为接地变压器零序阻抗，雌为中性点接地电阻;主变压器为配 网母线或馈线连接物理距离最近的变压器。
[0022] 本发明的有益效果是，弧光保护系统的好处：
[0023] (1)保护附近工作人员免遭电弧光对人身的伤害；
[0024] (2)保护中低压设备免受严重破坏、防止火灾发生；
[0025] (3)保护主变压器或者厂用变压器免受严重冲击而损坏；
[00%] (4)防止波及占用直流系统，造成巨大的经济损失；
[0027] (5)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W内）
[00%] (6)延长现有开关相关设备的使用寿命。
[0029] (7)提高现有弧光保护装置的可靠性。
【附图说明】：
[0030] 图1是传统弧光保护装置原理图；
[0031] 图2是本发明弧光保护装置原理图；
[0032] 图3为中压母线电弧光保护数字仿真实验方案图；
[0033] 图4为F2相间故障波形；
[0034] 图5为Fl断路器触头上端故障波形。
【具体实施方式】：
[0035] 见图2,图3,一种弧光保护方法，本发明特征在于：W电流信号和光波信号进行与 逻辑判断，通过定时器，参考电压信号，从而通过快速继电器输出到断路器。运种判断方法 参考电压信号，从而提高弧光保护装置动作的可靠性，避免乱动作，具体步骤如下：
[0036] SI:弧光保护装置上电；
[0037] S2、赋初值给电流保护整定值Il日.set、弧光保护整定值OPl日.set和电压保护整定值 Vlo.set
[0038] S3、测量并计算出母线电流工频相量值、弧光强度及相电压的工频相量值；
[0039] S4、判断是否满足电流幅值iLO.setULOi，弧光强度OPLO.set如PLOi;
[0040] S5:如果满足，经过定时器，比较母线相电压的幅值1^、118、1](：，将幅值最小的一项 取为ULOi;
[0041] S6、根据公式实时Ui= Wi计算电压馈线电流工频相量值；
[0042] S7、判断幅值是否满足化O.set >化；
[0043] 如果满足，则启动弧光保护，如果不满足，则返回步骤S3。
[0044] 弧光保护整定值的参量为光强度或光照度；占.,选1或采用如下公式计算：
[0045] Zs2 = 2(ZSl+ZTl) + (ZT0+3Rg)，{j^|。为故障相在故障发生前的电压工频相量值， If为故障相在故障发生后的电压工频相量值，ZSl为主变压器高压侧的系统正序阻抗， ZTl为主变压器正序阻抗，ZTO为接地变压器零序阻抗，雌为中性点接地电阻。主变压器为配 网母线或馈线连接物理距离最近的变压器。
[0046] 本发明设计的运用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，利用电压信号对电力设备内部，进行电弧放电及机械类故障 检测。
[0047]本发明根据传统的电流和弧光信号进行"与操作"，从而使弧光保护装置动作，在 实际情况下会出现误动作，本发明巧妙地利用电压信号和定时器，重新对弧光保护装置进 行判断，从而提高弧光保护装置的可靠