前言

  使用產(chǎn)品前，請仔細閱讀此章節(jié)

本章節(jié)闡述使用產(chǎn)品前的安全防范知識及建議。在安裝使用前，此章節(jié)必須閱讀且充分的理解。如不仔細閱讀，因不當操作造成的任何損害或本產(chǎn)品不能正常使用的，本公司不承擔任何相應責任。

在對本產(chǎn)品做任何操作前，相關專業(yè)人員必須仔細閱讀本說明書，熟悉相關操作內(nèi)容。

本章節(jié)將會定義以下指示標志和標準定義：

危險！  意味著如果安全防范不得當，將會導致人員傷亡，或嚴重的設備損壞。

警告！  意味著如果安全防范不得當，有可能會造成人身傷害，或設備的損壞。

警示！  意味著安裝過程中該注意的注意事項，否則會造成輕微的人身傷害或嚴重的設備損壞，包括對可能要保護的的設備。

警告！  在購買本產(chǎn)品前請確認是否與可能要被保護的設備應用相符，仔細閱讀本產(chǎn)品說明書，了解本產(chǎn)品的開孔尺寸以及功能。

警告！  本產(chǎn)品在正常運行時，某些部件會帶電工作，不正確的操作會對本產(chǎn)品造成嚴重的損壞，以及影響被保護設備的正常運行。

只有具備資質(zhì)的相關人員才允許對本產(chǎn)品進行操作，相關人員需仔細閱讀本產(chǎn)品說明書。

警示！ 

1、本產(chǎn)品接地處必須可靠接地。

     2、安裝時請勿使本產(chǎn)品掉落以免對本產(chǎn)品造成損壞。

     3、接線端子處必須接牢，以免掉落造成嚴重后果。

     4、本產(chǎn)品正常運行過程中，請不要拔插電路板，否則會造成本產(chǎn)品數(shù)據(jù)的丟失，以及不能正常運行。

     5、不得隨意更改額定值，待相關專業(yè)人員進行更改。

     6、安裝時，請根據(jù)端子定義進行安裝，不得隨意接線。

危險！  安裝完通電后，不要去觸摸裸露在外的端子以及電源裸露部分，更不許將本產(chǎn)品放置在潮濕地方，以免端子處發(fā)生漏電短路現(xiàn)象。

I

 

 一、電弧光及保護系統(tǒng)簡介

1.1. 產(chǎn)品實物圖

 

1.2. 概述

在我國，中、低壓母線短路故障中，重點設備和人員傷害主要由電弧光引起，然而，我國的大多數(shù)中低壓母線沒有設置快速母線保護，而只是采用了簡單的消弧裝置和變壓器后備保護。這些保護智能化較低，動作速度慢，往往會延長故障切除時間，從而進一步擴大設備損壞程度，甚至會引起“火燒連營”的惡性事故，沖擊變壓器一次運行，影響整個電網(wǎng)的安全運行。

弧光保護系統(tǒng)是我公司根據(jù)國內(nèi)實際情況，吸收國外電弧光保護的特點，結(jié)合行業(yè)檢測及保護配置相關規(guī)程，自主研發(fā)出具有獨特創(chuàng)新技術、具有廣泛實用性、高可靠性的新型電弧光保護系統(tǒng)。采用弧光檢測和過電流檢測雙判據(jù)原理，具有保護動作速度快、可靠性高等特點。

1.3. 電弧光產(chǎn)生的原因

引起開關柜弧光短路故障的原因很多，一般分為以下五類

1）絕緣故障：主要是柜中絕緣材料爬距不足，未滿足加強絕緣要求，在臟污環(huán)境，天氣潮濕下發(fā)生絕緣故障。另外，由于絕緣材料材質(zhì)缺陷，運行年限較長的開關柜，在強電磁場作用下絕緣老化，也可能造成絕緣損壞而導致故障。

2）載流回路不良：由于一些接頭截面不夠，緊固螺栓松動，手車柜觸頭接觸不良，在大電流流過時引起發(fā)熱，冒火進而引起相間，相對地擊穿等等。

3）外來物體的進入：如小動物（老鼠等）進入開關柜內(nèi)部，或維修人員在工作完成后將工具遺留在開關柜內(nèi)。

4）認為操作錯誤：如走錯間隔，誤操作，未對工作區(qū)域進行接地，未對工作區(qū)域進行驗電等。

5）系統(tǒng)方面的原因：如系統(tǒng)容量增大，接地方式改變，電纜應用增多，保護及自控裝置配置不當，系統(tǒng)諧振過電壓等。

1.4. 電弧光的危害

開關柜內(nèi)的發(fā)生短路弧光的功率可高達100MW，電弧燃燒所產(chǎn)生的能量與電弧的燃燒時間及短路電流變化值呈指數(shù)倍增長（如下圖所示），燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓將會逐步摧毀元器件、銅排以及成列的開關柜，高明亮的弧光和有毒氣體對人體也有巨大的傷害。

要保證設備不受結(jié)構(gòu)性損傷，必須盡量縮短切除時間。

以下為國外資料介紹的各種燃弧時間長短和對設備造成的損壞程度的評估：

 

1.5. 電弧光保護系統(tǒng)作用及應用領域

電弧光保護系統(tǒng)，可以起到以下作用：

1） 減少或降低電弧光對于人體的傷害；

2） 減少或降低電弧光短路故障對于設備的損害；

3） 避免變壓器因近距離母線故障造成動穩(wěn)定破壞，延長變壓器的使用壽命；

4） 縮短電弧光故障切除時間，避免波及站內(nèi)直流系統(tǒng)造成重大損失；

5） 減少因電弧光故障造成設備停運的時間，更快地恢復供電；

電弧光保護系統(tǒng)，主要應用于以下場合：

1）電力變電站

2）火電廠電氣段開關柜母線室及饋線柜

3）風電場升壓站集電線路開關柜

4）箱式變電站

5）鋁鎂行業(yè)大型直流整流柜

二、電弧光保護系統(tǒng)的組成

2.1. 目前國內(nèi)用于中、低壓系統(tǒng)的保護及其局限性

1）變壓器后備過流保護，典型的保護動作時間為1.2s~2s。

2）采用饋線速斷保護閉鎖變壓器后備過流保護，典型的保護動作時間為300ms~500ms。

3）高阻抗母線差動保護，典型的保護動作時間為30ms~50ms。

上述保護均有致命的弱點就是動作時間太慢，根據(jù)電弧光危害示意圖所示，保護裝置動作時間不能超過20ms，否則會產(chǎn)生不可修復的器件損壞，從而延長故障修復時間。

2.2. 本系統(tǒng)技術優(yōu)勢

1、動作迅速可靠：

   采用了可靠的快速算法，可以在短時間內(nèi)判斷弧光變化信號和電流變化信號并迅速出口，從發(fā)現(xiàn)故障到出口跳閘時間間隔優(yōu)于10ms，確保開關柜內(nèi)設備的弧光在75ms以內(nèi)切除。

2、全數(shù)字化設計：

本裝置采用全數(shù)字化設計，配置靈活，動作精度高，而且排除了由于旋鈕或其他機械設計導致的誤差隱患。

3、保護原理簡單、合理

   根據(jù)弧光產(chǎn)生時的特點，裝置采用弧光和電流雙重判據(jù)，判據(jù)簡單且可以有效的保證動作的準確性。

4、強大的電氣性能：

弧光探頭設計、連接線等全部采用耐高溫、阻燃的高分子材料，具有超強的電氣隔離效果。裝置完全滿足EMC的標準，保證了弧光保護系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和動作的可靠性。

5、故障信息記錄全面

在故障弧光發(fā)生并引起裝置跳閘后，主控單元或饋線保護單元可以準確的記錄弧光探頭檢測到故障弧光的位置信息，且可以詳細記錄動作時刻的三相電流值。

2.3. 弧光保護系統(tǒng)組成

弧光保護系統(tǒng)主要由主控單元、弧光采集單元和弧光傳感器組成，為了適應現(xiàn)場的應用需求，分為了母線型弧光保護系統(tǒng)和饋線型弧光保護系統(tǒng)。如下圖所示：

   

圖2  弧光保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.1 主控單元

主控單元是母線型弧光保護系統(tǒng)的核心。它檢測分析故障信號、接收分析采集單元的弧光故障信號，并對兩種信號進行綜合分析判斷。在滿足跳閘條件時，發(fā)出跳閘指令以切除故障。

   主控單元一般安裝在進線柜或緊鄰進線柜的開關柜的二次控制門板上。主控單元有：

1）16個弧光信號檢測接口，用于接收來自弧光傳感器的弧光故障信號；

2）2路RS485；

3）4路快速跳閘輸出接口，符合IEC255-23繼電器標準。

4）2路報警出口，其中一路為裝置故障出口。

5）12路電流輸入，檢測4組三相電流信號，用于判斷故障電流。

6）主控單元可以根據(jù)客戶需要擴展弧光采集單元、或者電流單元

2.3.2 弧光擴展采集單元

弧光擴展采集單元與主控單元配合使用，是弧光保護系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于采集故障弧光，并將判斷后的結(jié)果通過高速總線傳遞給主控單元。單個弧光采集單元可以安裝16路弧光探頭，根據(jù)系統(tǒng)的大小可以任意增減弧光采集單元的數(shù)量。弧光采集單元通常安裝在選定的開關柜內(nèi)中。弧光采集單元具有

1）16或32個個弧光信號檢測接口，用于接收來自弧光傳感器的弧光故障信號；

2）2個數(shù)據(jù)通訊接口，1路RS485，1路CAN總線；

2.3.3 弧光傳感器

弧光傳感器中的探頭安裝在柜內(nèi)各間隔中，可實現(xiàn)由簡單到復雜、有選擇性的保護。弧光探頭作為光感應元件，在發(fā)生弧光故障時檢測突然增加的光強。

電纜式弧光傳感器，前置探頭采集弧光信號中的特有光譜信息，并在探頭處完成光信號與電信號的轉(zhuǎn)換，輸出4-20mA的電流信號傳送給弧光單元或弧光保護主控單元。

2.4. 技術特點

本系統(tǒng)具有以下技術特點：

1） 滿足電磁兼容（EMC）標準；

2） 符合中國繼電保護設計標準要求；

3） 采用過流及弧光雙重判據(jù)，可靠性高；

4） 新型光纖連接傳輸，光電轉(zhuǎn)換在裝置內(nèi)完成，抗電磁干擾能力強；

5） 采用過濾干擾光的新型弧光傳感器，具有過濾干擾光的功能，避免可見光傳感器受環(huán)境光照影響引起誤動；

6） 出口跳閘時間小于10ms，遠快于傳統(tǒng)的母線保護，對開關柜的內(nèi)部弧光故障總切除時間可以控制在75ms以內(nèi)；

7） 全漢字顯示，操作習慣和傳統(tǒng)數(shù)字式保護完全一致；

8） 跳閘出口邏輯可編程；

9） 弧光傳感器動作值三檔可調(diào)；

2.5. 裝置原理說明

（1）電弧光保護功能

電弧光保護以電流單元為基礎分組，弧光探頭可以整定關聯(lián)到任意一組電流信號上。

當弧光單元把光信號從弧光傳感器傳輸?shù)街骺貑卧獣r，并且同時電流啟動元件動作，電弧光保護動作；裝置可選擇弧光信號動作單判據(jù)作為動作邏輯判斷。

 圖3  電弧光保護邏輯圖

2) 裝置自檢

當裝置檢測到本身硬件故障時，發(fā)出告警信號，同時閉鎖整套保護。硬件故障包括：采樣回路故障、RAM出錯、定值出錯等。

三、電弧光保護系統(tǒng)產(chǎn)品外觀與結(jié)構(gòu)

3.1. 主控單元結(jié)構(gòu)尺寸

主控單元采用全封閉5U 1/3標準機箱，嵌入式安裝于屏(柜)上。插件為后插導軌式，插緊后上下有鎖緊螺絲。機箱安裝開孔尺寸圖如下:

 

 

3.2. 主控單元端子圖及定義

端子序號	定義功能	說明
X1-1至X1-24	四組三相電流輸入
X2-1，X2-2	備用擴展
X2-3，X2-4
X2-5，X2-6	備用擴展
X2-7，X2-8	備用擴展
X2-9，X2-10	備用擴展
X3-1	跳閘出口1	可編程出口
X3-2
X3-3	跳閘出口2	可編程出口
X3-4
X3-5	跳閘出口3	可編程出口
X3-6
X3-7	跳閘出口4	可編程出口
X3-8
X3-9	告警總出口
X3-10
X3-11	跳閘總出口
X3-12
X3-13	裝置故障輸出
X3-14
X3-15	備用出口	備用
X3-16
X3-22	裝置電源
X3-23
X3-24
X4-1, X4-2	弧光信號1	弧光傳感器1
.	.	.
.	.	.
.	.	.
X4-31, X4-32	弧光信號16	弧光傳感器16
X4-33，X4-36	485通訊接口

 

      

3.3. 弧光傳感器尺寸圖及安裝說明

在開放空間，例如母線室，弧光傳感器的安裝間隔最大可以達到4 米。傳感器可以安裝在開關柜分隔板上或框架上。面向開關柜中要保護的部分。弧光傳感器也可用安裝板安裝在保護區(qū)域內(nèi)。

1）電纜式弧光傳感器安裝

     

 

四、弧光保護系統(tǒng)應用說明

4.1. 單母線供電典型示例說明

該方案配置一臺主控單元和一臺（或多臺）弧光采集單元（依據(jù)監(jiān)測點來確定）。母線上有故障分別跳QF1、QF2斷路器，QF1、QF2斷路器失靈，跳QF3和QF4。

 

4.2. 母線分段供電典型示例說明

該方案配置兩臺主單元和一臺（或多臺）弧光采集單元。母線上有故障分別跳QF1、QF2斷路器，并閉鎖（或跳開）母聯(lián)開關K1；QF1、QF2斷路器失靈，跳QF3和QF4。

 

 

五、 弧光保護主控單元操作說明

5.1. 主控單元面板布置圖和說明

本裝置采用人性化面板設計：

配置全中文液晶顯示器，按級操作各菜單頁面，根據(jù)菜單提示可對裝置采集的各種數(shù)據(jù)、及各種事件進行監(jiān)視、記錄，可直接對裝置進行參數(shù)修改、保護調(diào)試等操作；配置裝置運行指示燈，運行人員可直觀地了解電源工作狀態(tài)、裝置的運行狀態(tài)，通訊的運行狀態(tài)等；該裝置還配置九個輕觸式按鍵和一個復位按鈕。 

5.2. 信號燈說明

a)“運行”燈為綠燈，裝置正常運行時，每秒閃爍1次，如果閃爍不正常說明運行處于不正常運行狀態(tài)；

b)“告警”燈為紅燈，正常運行時熄滅，任一保護功能告警或裝置自檢出錯時點亮；

c)“跳閘”燈為紅燈，正常運行時熄滅，任一保護功能跳閘時點亮；

紅燈，當斷路器處于跳閘位置時熄滅，當斷路器處于合閘位置時點亮；

5.3. 按鍵說明

按鍵說明：

l ▲：根據(jù)液晶屏所顯示的菜單項標號向上選擇相應的功能；

l ▼：根據(jù)液晶屏所顯示的菜單項標號向下選擇相應的功能；

l +：所要調(diào)整的參數(shù)值加1。

l -：所要調(diào)整的參數(shù)值減1。

l 確認：根據(jù)液晶屏所顯示的菜單項標號選擇相應的功能。

l 返回：確認更改設置；返回上一級菜單。

l 復歸：消除界面指示報警與接點輸出報警。

l 復位：單片機重啟。

5.4. 液晶說明

1. 在裝置顯示開機界面時，按下面板上的確認鍵，進入主菜單，如上圖。按一次返回鍵可返回開機界面。主菜單共有八個菜單項，按▲▼菜單選擇相應的菜單項按確認即可進入相應菜單項。

 

2. 開出測試：測試各跳閘出口、報警出口是否正常輸出。在主菜單上選擇“開出測試”如下圖所示，按返回鍵返回主菜單，按確認輸出相應的出口

       

3. 測量數(shù)據(jù)：在主菜單上選擇“測量數(shù)據(jù)”功能查看系統(tǒng)電流采樣值和弧光傳感器實時值。按返回鍵返回主菜單。按▲▼菜單選擇查看。

4. 站號設置：裝置出廠默認站號為01。如需更改，在主菜單界面選擇進入，按裝置面板上的按+-鍵加減，進入如下圖的設置界面。設置完畢后按確認鍵保存并返回主菜單。注意：在通信過程中請勿更改站號。

5. 系統(tǒng)設置：裝置可根據(jù)現(xiàn)場情況實時調(diào)整判據(jù)的關鍵項，按▲▼選擇要 修改的定值項，按確定鍵進入修改。如下圖：備注：按確定顯示◆表示進入已定值修改界面，按+-修改定值。按確定保存進入下一設置。

在進入設置前先要輸入密碼，出廠初始密碼：1234.

傳感器數(shù)量：指裝置所接入傳感器數(shù)量。

電流元件：投入表示執(zhí)行雙判據(jù)，退出表示只選擇有弧光發(fā)出告警功能。

電流越限：指雙判據(jù)時或過流報警時動作值。

動作延時：指雙判據(jù)成立時跳閘動作延時時間。

6. 傳感器設置：裝置可根據(jù)現(xiàn)場情況實時調(diào)整判據(jù)的關鍵項，按▲▼選擇要 修改的定值項，按確定鍵進入修改。如下圖：備注：按確定顯示◆表示進入已定值修改界面，按+-修改定值。按確定保存進入下一設置。

在進入設置前先要輸入密碼，出廠初始密碼：1234.

跳閘口：指傳感器1對應的跳閘出口繼電器。

對應電流：指傳感器1動作判據(jù)對應的電流

7. 日期時間設置：如需更改裝置日期時間，在主菜單界面上選擇“時間設置”功能，進入如下圖的設置界面。首先進行年份設置，按+-鍵加減。

8. 故障記錄：本裝置內(nèi)部Flash存儲器可以記下最近發(fā)生的10次故障記錄，包括故障類型和發(fā)生時間，以及實時數(shù)據(jù)。在主菜單界面上，按裝置面板上的▲▼鍵，進入“故障記錄”，如下圖。然后再按▲▼鍵可進行上下翻頁，逐條查詢記錄。按確認鍵可返回主菜單。注意：如裝置出廠前所做的模擬實驗的記錄保留在Flash存儲器里。

9. 記錄擦除：選擇菜單項，按確認鍵擦除，按取消鍵返回。如下圖：