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    MQDHG微機智能電弧光保護裝置

    時間:2023-02-16 瀏覽:157

    概述

        近年來,由于各種原因開關設備被嚴重燒毀,有的甚至發展成“火燒連營”的事故時有發生。而主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故也逐年增加,這些配網事故處理不當甚至被擴大發展為輸電網事故,造成重大的經濟損失,已引起電力部門的廣泛關注。究其原因大多是因為沒有裝設中低壓母線保護,未能快速切除故障造成的。所以,為了保證變壓器及母線開關設備的安全運行,根據繼電保護快速性的要求,迫切需要配置專用中低壓母線保護。

    電弧光的危害

        電弧光對設備及人員會造成極大的傷害。電弧光的危害程度取決與電弧電流和切除時間。開關柜即使能將電弧光發生時隔絕在柜體內,及有疏漏之外。例如,人員在保養、操作時未必將開關柜的門板鎖上。即使上鎖,電弧光將嚴重毀損柜內器件,亦使柜體變形。最有效降低電弧光傷害的方法是以最快的速度切斷故障電流。電弧光保護正是因為這個需求而設計。

    電弧光對人員的傷害

    感電

    侵害肌肉、神經

    強光

    刺傷眼睛(弧光光強約9000lux,而人眼感受到的最大光強約3000lux)

    高溫

    燒灼皮膚

    爆破壓

    造成墜落及碎片飛射

    爆破音

    造成耳膜、肺臟震損

    毒氣

    傷害呼吸系統

    電弧光對設備的傷害

    高溫

    弧光發生點的溫度是19,427℃,是太陽表面溫度的二倍

    造成銅排、鋁排熔毀,氣化

    造成電纜熔毀,電纜包覆層著火

    造成盤體內污損,保護漆焚毀,清理困難

    高溫、高壓的氣體極快速就擴散到相鄰盤體

    爆破壓

    造成盤體變形、破碎

    銅排氣化時,體積膨脹67,000倍

    空氣因高溫而膨脹,壓力為120kPa(人體能承受的最大壓力為7.5kPa)

    爆破音

    造成盤內強烈震動,使固定元件松脫

    開關柜內部燃弧耐受時間及變壓器動穩定時間指標

    開關柜內部電燃弧耐受時間

        IEC298標準附錄AA中規定的內部燃弧時間是100ms,目前市場上銷售的開關柜基本上是按照IEC298標準生產的,也就是說,開關柜可以承受的電弧燃燒時間為100ms。由于發生弧光故障在斷路器動作前,故障短路電弧是一直在燃燒的,即保護動作時間加上斷路器分閘時間之和,即為電弧燃燒的持續時間。也就是說,從保護開關柜方面考慮,保護動作時間應在小于100ms切除故障以防止弧光短路故障進一步發展擴大造成更大的危害。

    變壓器的動穩定時間

        據有關資料統計,一些地區110kV及以上等級的變壓器遭受短路故障電流沖擊直接導致損壞的事故,約占全部事故的50%以上,與前幾年統計相比呈大幅度上升的趨勢。這類故障的案例很多,特別是變壓器低壓側出口(低壓母線)短路時形成的故障一般需要更換繞組,嚴重時可能要更換全部繞組,從而造成十分嚴重的后果和損失。

        國標規定的110kV及以上電壓等級的變壓器的熱穩定允許時間為2秒,動穩定時間為0.25秒。但實際上,在低壓側出口短路故障靠過流后備保護切除的動作時間往往在2秒以上,離0.25秒的變壓器的動穩定時間相差甚遠。所以,可以說,繼電保護的不完善也是造成變壓器損壞的重要原因。

        目前針對近區(低壓母線)短路故障引起變壓器損壞的保護的動作時間太長,遠大于變壓器允許承受的短路電流持續時間,顯然不能滿足保護變壓器的要求,迫切需要改善變壓器保護,使其保護動作滿足小于變壓器允許動穩定時間0.25秒的要求。

     

    開關柜弧光短路故障的防護措施

    消極性防護措施

        采用這種措施的目的是限制故障電弧產生的各種效應,如加強開關柜的結構,密封隔離各單元室、設置釋放板和泄壓通道等。采用這種措施在一定程度上能減少損壞程度;另一方面,如果要采用通過加強結構的方式來較大地提高開關柜的燃弧耐受時間的話,則需要增加很大的設備費用。

    積極性防護措施

        采用高速專用中壓母線保護切除故障以限制故障電弧的持續時間,從根本上限制故障電弧,消除其各種效應對設備和人員的危害。如果中低壓母線保護能在開關柜耐受燃弧時間以內切除故障的話,將最大限度地限制弧光故障對開關設備的損壞; 從另一方面看,限制開關設備的損壞,即阻斷了故障發展的可能性,從而可避免主變壓器長時間遭受短路電流的沖擊而損壞。這也是目前迫切需要的最有效的限制弧光短路故障損壞開關設備及變壓器的防護措施。


    現有的中壓母線保護方案及存在的問題

    目前普遍采用的中壓母線保護方案如下:

    變壓器后備過流保護方案:

        這是目前國內應用最廣泛的中壓母線保護方案。由于考慮到與饋線和母線分段開關的配合,保護跳閘時間一般整定為1.0 - 1.4秒,有的甚至更長,達2.0秒以上。這一動作速度很顯然是遠遠不能滿足快速切除中壓母線故障要求的。

    饋線過流保護閉鎖變壓器過流保護方案:

        這是近年來微機過流保護在中壓饋線廣泛應用,國外提出的利用饋線過流元件閉鎖變壓器過流保護的應用較為廣泛的過流閉鎖式保護方案。這一方案與變壓器后備過流保護方案相比其動作速度有了一定的提高,典型動作時間為300 - 400ms。但對于要求100ms以內切除故障顯然也是不能滿足要求。

    采用環流原理的高阻抗母線保護方案:

        這是國外某些重要項目曾采用的專用電流差動中壓母線保護方案,典型的保護動作時間為35-60ms??紤]到斷路器的分閘時間,這一動作速度對要求100ms 以內切除故障來說也嫌慢。采用這種方案的接線復雜,對CT的要求高,安裝在有很多出線的6-35kV母線上有很多困難,也很不經濟。此外,由于其保護范圍由于受到CT安裝位置的限制,不能保護到發生故障幾率較高的電纜室電纜接頭處的故障。因此也不適合中壓母線保護應用。

        從實際應用情況來看,現有的保護方案是顯然不能滿足快速切除母線故障或保護覆蓋范圍要求的,迫切需要采用一種新型中壓母線保護系統,以解決目前實際運行中由于中低壓母線發生故障幾率較高、延遲切除故障導致故障發展、擴大,從而造成的巨大的經濟損失的問題。

    新型電弧光母線保護系統及應用情況

        MQDHG裝置是一種快速可靠的專用中低壓母線保護系統,它采用檢測弧光和過流雙判據原理,具有原理簡單、動作可靠迅速、對變電站一次設備無特殊要求、適應于各種運行方式、且在各種運行方式下保護不需要切換等優點,為目前發電廠、變電站、工業及商業配電系統380V - 35kV中低壓母線保護理想的解決方案。

    一般電流保護繼電器與MQDHG電弧光保護的跳閘指令延時比較

     

    MQDHG

    一般O/C relay

    測量

    2ms

    20 ms

    計算

    不需要

    2 ms

    自我偵測

    隨時

    2 ms

    輸出 relay

    1ms

    6-10 ms

    其它

    不需要

    10 ms

    Total

    2-3ms

    40-44 ms

    MQDHG組成部分:

    1、MQDHG主機

    主機采用4U機箱,彩色液晶顯示,人機界面友好。

    主機包含有電流檢測和斷路器快速跳閘保護,它通過檢測短路電流和來自弧光傳感器的動作信息,并對收集的數據進行處理、判斷,發出跳閘信號以切除故障。該系統只要在同時檢測到弧光和過流時才發出跳閘指令。

    每個主機最多可接入24個傳感器,它采用RS485總線與計算機通信。主機中配有24路報警繼電器,實現24路傳感器的實時報警功能,同時主機具有記錄故障電流的錄波功能。

    主機具有超強配置功能,能設置24路傳感器的具體監控位置,同時故障發生后,能顯示具體故障位置。

    2、點式傳感器(MQKD)

    點式傳感器安裝在開關柜各間隔室中,可實現對由簡單到各種復雜接線中、低壓開關柜提供有選擇性的保護。點式傳感器作為光感應元件,將檢測在發生弧光故障時突然增加的光強,并將光信號轉換成電流信號傳送給主機。

    3、光纖傳感器(MQKG)

    采用高性能光纖做為傳感器,能實時監測開關柜內部弧光的產生,具有很高的靈敏度。

    裝置主要特點

    內置的過電流保護

    MQDHG集成了2組3-相電流測量,能夠監測短路電流和過電流,并且能夠在3毫秒時間內進行反應。這使其可能減少由于像電閃或者焊接等所造成的意外觸發,沒有傳統的額外延遲和外部過電流繼電器所造成的費用。 在短路或者沒有起弧的持久過負荷情況下,也可以用過電流功能觸發斷路器。

    高可靠性和安全性

    采用檢測弧光及過流雙判據原理,提供高度可靠和安全的動作性能。整個系統的連續綜合自檢充分保證系統運行的安全性

    高效率的自我檢測

    MQDHG系統提供了對整個系統的連續監視,包括所連接的傳感器。通過一個閃爍的在線發光二極管可以監測任何的系統故障,像傳感器電纜故障。

    設置靈活

    MQDHG保護系統所有設置靈活,傳感器數量,傳感器位置,傳感器動作值等通過按鍵很直觀操作。

    實時事件記錄

    對于所有的事件都能夠提供詳細的診斷信息,包括事故故障和電流錄波。

    裝置配置靈活

    裝置可根據現場實際情況,任意組合傳感器,并不影響現場使用。


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