[实用新型]基于电弧光检测的电气保护装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电气设备领域，具体涉及一种基于电弧光检测的电气保护装置。

背景技术

中、低压母线发生短路故障时，所产生的电弧光对设备及人员会造成极大的伤害，按我国现行的继电保护设计标准，35kV及以下电压等级的母线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，从而造成巨大的经济损失。

IEC298标准附录AA中规定的开关柜内部燃弧时间是100ms，目前市场上销售的开关柜基本上是按照IEC298标准生产的，也就是说，开关柜可以承受的电弧燃烧时间为100ms。由于发生弧光故障在断路器动作前，故障短路电弧是一直在燃烧的，即保护动作时间加上断路器分闸时间之和，即为电弧燃烧的持续时间。也就是说，从保护开关柜方面考虑，保护动作时间应在小于100ms切除故障以防止弧光短路故障进一步发展扩大造成更大的危害。

据统计，一些地区110kV及以上等级的变压器遭受短路故障电流冲击直接导致损坏的事故，约占全部事故的50％以上，特别是变压器低压侧出口(低压母线)短路时形成的故障一般需要更换绕组，严重时可能要更换全部绕组，从而造成十分严重的后果和损失。国标规定的110kV及以上电压等级的变压器的热稳定允许时间为2秒，动稳定时间为0.25秒。但实际上，在低压侧出口短路故障靠过流后备保护切除的动作时间往往在2秒以上，离0.25秒的变压器的动稳定时间相差甚远。所以，可以说，继电保护的不完善也是造成变压器损坏的重要原因。

电弧光一旦产生，其危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升。只有在极短时间内切除故障才能使设备不遭受害。若总切除时间大于100ms，轻则设备局部烧损，重则造成开关柜爆炸以及人员伤亡，有的可能引发“火烧连营”的连锁事故。所以，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置专用中低压母线保护。

参见上表，电弧燃烧的持续时间越长，对设备造成的损害程度越严重。

如图1所示，电弧光一旦产生，其危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升，电弧燃烧的持续时间越长，则电弧能量就越高，只有在极短时间内切除故障才能使设备不遭受害。若总切除时间大于100ms，轻则设备局部烧损，重则造成开关柜爆炸以及人员伤亡，有的可能引发“火烧连营”的连锁事故。所以，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置专用中低压母线保护。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够基于电弧光实现对电气设备的保护、安全可靠、应用范围广、结构简单、成本低廉的基于电弧光检测的电气保护装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于电弧光检测的电气保护装置，包括用于采集弧光信号的弧光采集单元、用于输出跳闸和报警信号的主控单元、用于控制被保护电气设备电路通断的馈线保护单元，所述弧光采集单元包括至少一个电弧光传感器，所述电弧光传感器的输出端分别与主控单元、馈线保护单元相连，所述主控单元的输出端口包括跳闸输出端、报警输出端两个信号输出端口，所述馈线保护单元的输出端设有用于控制被保护电气设备电路通断的断路器，所述主控单元在检测到电弧光传感器输出的电流增量达到特定强度时通过跳闸输出端输出跳闸命令、在检测到电弧光传感器输出电流时通过报警输出端输出报警命令；所述馈线保护单元在检测到电弧光传感器输出电流时控制断路器断开。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述主控单元包括微处理器、人机接口模块、通讯接口模块，所述微处理器内置用于采集模拟电流信号的模拟转换模块，所述模拟转换模块与电弧光传感器相连，所述人机接口模块包括按键组件和液晶屏组件，所述通讯接口模块包括RS232接口、RS485接口、CAN总线接口、以太网接口中的至少一种，所述按键组件、液晶屏组件、通讯接口模块分别与微处理器相连，所述微处理器分别与跳闸输出端、报警输出端相连。

所述馈线保护单元包括开关电路和放大驱动电路，所述开关电路的控制端与电弧光传感器的输出端相连，所述开关电路通过放大驱动电路与断路器相连。

本实用新型具有下述优点：