錦屏二級(jí)水電站是雅礱江流域水頭最高、裝機(jī)規(guī)模最大的一座水電站，電站利用雅礱江150km大河灣的天然落差，通過長(zhǎng)約17km的引水隧洞，截彎取直，獲得水頭約310m，電站總裝機(jī)容量4800MW，單機(jī)容量600 MW。

弧光短路是中、低壓開關(guān)柜內(nèi)部最嚴(yán)重的故障之一，由于電弧電阻的原因，短路電流往往達(dá)不到過流、速斷整定值而不能快速動(dòng)作切斷故障。電弧持續(xù)燃燒的結(jié)果是釋放出巨大的能量。另外，開關(guān)柜的弧光短路故障，往往得不到及時(shí)清除，從而造成災(zāi)難性的后果。錦屏二級(jí)水電站10kV廠用電系統(tǒng)采用了RIZNER-EagleEye 弧光保護(hù)系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

1 電弧光產(chǎn)生的原因

一般來說，10kV開關(guān)柜內(nèi)產(chǎn)生弧光的原因很多，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）保護(hù)拒動(dòng)，導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大。

（2）絕緣材料老化、破損等。

（3）電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、過電壓等。

（4）小動(dòng)物進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)、工器具等物件接觸到帶電部分。

（5）工作人員操作不當(dāng)。

（6）高溫、高濕等惡劣的運(yùn)行條件。

2 電弧光的危害

10kV開關(guān)柜內(nèi)由于故障而產(chǎn)生的電弧對(duì)設(shè)備及人員的危害極大，如果不及時(shí)采取有效措施，將產(chǎn)生如下幾個(gè)方面的危害：

（1）電弧光對(duì)人的傷害

弧光放電時(shí)電流很大，電弧溫度高達(dá)數(shù)千度，可造成大面積的燒傷；由于高溫電弧使周圍金屬熔化、蒸發(fā)并滲透到人體皮膚表層造成皮膚金屬化；電弧電流作用于人體，使肌肉產(chǎn)生非自主的劇烈收縮，導(dǎo)致肌腱、皮膚、血管、神經(jīng)組織斷裂以及骨折等；弧光放電時(shí)產(chǎn)生的紅外線、紫外線、可見光等都會(huì)損傷眼睛。

（2）電弧對(duì)設(shè)備的危害

電弧光發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的大量氣體，其壓力波可造成開關(guān)柜體變形、破碎；；爆破震動(dòng)波造成開關(guān)柜內(nèi)強(qiáng)烈震動(dòng)，使固定元器件松脫；高溫電弧可造成電纜燃燒引起火災(zāi)、爆炸等事故；高溫電弧可使銅排、鋁排等器件迅速氣化，并產(chǎn)生大量有毒有害煙塵，造成元器件嚴(yán)重污染。

3 RIZNER-EagleEye 弧光保護(hù)系統(tǒng)概述

RIZNER-EagleEye弧光保護(hù)采用檢測(cè)弧光和過流雙判據(jù)原理。具有原理簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠迅速，適應(yīng)于各種運(yùn)行方式，且在各種運(yùn)行方式下保護(hù)不需要切換等優(yōu)點(diǎn)。

3.1 RIZNER-EagleEye 主控單元

主控單元是RIZNER-EagleEye 電弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心部件，主控單元安裝在10kV各段進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)。主控單元對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷，在滿足跳閘條件時(shí)，發(fā)出跳閘信號(hào)以切除故障。

跳閘條件有兩種設(shè)置方式，一種是同時(shí)檢測(cè)到過電流和光信號(hào)時(shí)，才發(fā)出跳閘指令；另一種是只需檢測(cè)到光信號(hào)，就發(fā)跳閘指令。若保護(hù)系統(tǒng)采用了電流單元，且整定的電流值沒有超過，保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)發(fā)出跳閘信號(hào)。

3.2 EagleEye-ARC 弧光單元

如果主控單元的弧光測(cè)量口不夠用，或者想設(shè)定更多的跳閘邏輯時(shí)，則須使用弧光單元?；」鈫卧姘迳系碾娢挥?jì)用來調(diào)整感光的強(qiáng)度，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)產(chǎn)生弧光時(shí)，弧光單元?jiǎng)t把信息傳遞到主控單元。

3.3 EagleEye –CR 電流單元

EagleEye-CR 電流單元用來確保保護(hù)系統(tǒng)在不同運(yùn)行情況下的跳閘邏輯可操作性。通過使用電流單元，弧光保護(hù)系統(tǒng)中的跳閘邏輯可以多樣化，且有更多的選擇。測(cè)量電路中的二次電流直接接入到電流單元，電流單元將電流信號(hào)輸出到主控單元。

4 弧光保護(hù)在錦屏二級(jí)水電站的應(yīng)用

錦屏二級(jí)水電站10kV廠用電系統(tǒng)設(shè)4段母線，每段母線各接一組高壓廠變（高壓廠變電源分別引自1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、7號(hào)機(jī)組機(jī)端），其中，在Ⅱ段和Ⅳ段母線上還各接一回從施工變電所引來的電源，Ⅰ段和Ⅱ段、Ⅲ段和Ⅳ段母線間均裝有一個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，Ⅱ段和Ⅲ段、Ⅳ段和Ⅰ段均裝有一個(gè)分段開關(guān)和一個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

其中Ⅰ段和Ⅱ段母線10kV開關(guān)柜布置在副廠房10kV 1號(hào)配電室內(nèi)，Ⅲ段和Ⅳ段母線10kV開關(guān)柜布置在主變洞10kV 2號(hào)配電室內(nèi)，兩個(gè)配電室相距較遠(yuǎn)。

每段母線均設(shè)一套R(shí)IZNER-EagleEye 弧光保護(hù)系統(tǒng)。其中RIZNER-EagleEye主控單元安裝在本段母線主電源進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)，EagleEye –CR 電流單元安裝在主電源進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)、施工變進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)、Ⅱ段和Ⅲ段分段開關(guān)柜和聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜內(nèi)，EagleEye-ARC 弧光單元安裝在10kV廠用電Ⅱ段第9面饋線柜內(nèi)，弧光傳感器安裝在每面開關(guān)柜的母線室中。

錦屏二級(jí)水電站的弧光保護(hù)采用弧光和電流雙判據(jù)，即只有在檢測(cè)到弧光并且電流滿足定值時(shí)，弧光保護(hù)動(dòng)作；只檢測(cè)到弧光或者電流達(dá)到定值時(shí)弧光保護(hù)僅發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

圖1為最初的Ⅰ段和Ⅳ段的弧光保護(hù)配置圖，圖中Ⅰ段和Ⅳ段之間的分段開關(guān)CT和聯(lián)絡(luò)開關(guān)CT的電流未被任何一套弧光保護(hù)所采集，而僅僅在分段開關(guān)柜和聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜內(nèi)安裝了弧光傳感器，當(dāng)Ⅰ段和Ⅳ段母線聯(lián)絡(luò)運(yùn)行時(shí)，無電源的那一段母線上的饋線柜內(nèi)發(fā)生了故障，那一段母線的弧光保護(hù)接收到了弧光傳感器的弧光信號(hào)，但是無法采集到故障電流，故該弧光保護(hù)將會(huì)拒動(dòng)。

而有電源的那一段母線上的弧光保護(hù)可以在進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)采集到故障電流，但是無法接收到弧光傳感器的弧光信號(hào)，故該弧光保護(hù)也會(huì)拒動(dòng)。

經(jīng)過多方協(xié)商后，由廠方在Ⅰ段、Ⅳ段之間的分段開關(guān)柜和聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜內(nèi)均增加一個(gè)EagleEye –CR電流單元，以便兩段母線上的弧光保護(hù)能夠采集各自的電流信號(hào)，這樣就可以解決弧光保護(hù)據(jù)動(dòng)的問題。

弧光傳感器安裝在開關(guān)柜頂部的母線室內(nèi)，而對(duì)電纜室內(nèi)的電纜頭、支撐絕緣子等故障高發(fā)部位的故障無法檢測(cè)，如果增加部分弧光傳感器，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜的全面保護(hù)，增加保護(hù)的可靠性。

為了避免弧光保護(hù)誤報(bào)警，因此不能將弧光傳感器安裝在容易被強(qiáng)光照射到的位置。

5 結(jié)束語

弧光保護(hù)原理簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速可靠，可以有效解決故障弧光所產(chǎn)生的危害，減少設(shè)備損失和人員傷亡，保證電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 Ⅰ段、Ⅳ段弧光保護(hù)配置示意圖

（編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“弧光保護(hù)在10kV廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用”，作者為張偉。）