1 電弧故障保護運行問題

1.1電弧故障保護的作用及意義

以主接線采用雙母線形式的五七變35kV系統為例（一次接線如圖1），所安裝的12臺ABB公司生產的GIS開關設備,每個都有一個斷路器氣室和兩個母線氣室，均為獨立氣室，分別安裝了一只氣體壓力傳感器, 額定工作壓力為130kPa。

當氣室壓力低到120kPa時，啟動低氣壓報警；當氣室壓力達到150kPa時，啟動過氣壓報警；當氣室壓力突然達到190 kPa時，判斷為罕見的內部燃弧故障，啟動電弧故障保護,快速反應電弧故障, 第一時間內使開關動作跳閘，切斷短路電流。如果沒切除電弧故障，達到200kPa時壓力釋放盤打開釋放氣體以保護GIS氣室設備。

圖1 五七變電站35kV一次系統接線圖

1.2電弧故障保護的保護動作原理

各SF6氣室氣壓的壓力傳感器所有常閉接點串聯后，再與電弧故障啟動繼電器的線圈串聯，該繼電器的常閉接點接入開關故障跳閘回路。正常運行時，所有壓力傳感器常閉接點閉合，電弧故障啟動繼電器線圈帶電動作，繼電器常閉接點斷開，切斷開關故障跳閘回路。

當某一氣室發生電弧短路故障時，氣體壓力傳感器的檢測壓力達到190kPa時，其常閉接點打開，電弧故障啟動繼電器線圈失電復歸，其繼電器常閉接點閉合，接通開關故障跳閘回路，使開關動作跳閘。如圖2 電弧故障保護起動、跳閘回路所示。

圖2 電弧故障保護起動、跳閘回路

1.3 電弧故障保護原設計方案

各SF6氣室氣壓的壓力傳感器所有常閉接點如K701.1、K701.2、K701.3(此3對接點為五31柜3個氣室的)串聯后，再與電弧故障啟動繼電器KC14(KC15)（安裝在進線五31和五32柜各1組）的線圈串聯，該繼電器的常閉接點21、22接入電源進線(KC14)及母聯(KC15)開關故障跳閘回路。

正常運行時，所有壓力傳感器常閉接點閉合，電弧故障啟動繼電器線圈帶電動作，繼電器常閉接點斷開，切斷開關故障跳閘回路；當某一氣室發生電弧短路故障時，氣體壓力傳感器的檢測壓力達到190 kPa時，其常閉接點打開，電弧故障啟動繼電器線圈失電復歸，其繼電器常閉接點閉合，接通35kV進線五31、五32和母聯五33開關故障跳閘回路，使開關動作跳閘。

1.4 電弧故障保護運行問題

由于電弧保護以保護開關柜為優先，以及受到該35kV系統是雙母線運行方式及需要非常靈活地調整運行方式等設備限制，造成以下運行問題：

問題１：當35kV GIS開關柜進線開關直流電源失電時，電弧故障啟動繼電器KC14和KC15線圈失電復歸，繼電器常閉接點閉合，接通開關故障跳閘回路，由于保護電源同時失電，開關不會動作；但此時如送上開關柜直流電源，保護電源受電，而電弧故障啟動繼電器常閉接點21、22還來不及動作打開，開關故障跳閘回路仍然接通，就造成開關誤動跳閘。

問題2：出于保護設備的目的，發生電弧短路故障時，必須切斷所有可能的電源進線及母聯開關。用于檢測各SF6氣室氣壓的壓力傳感器所有常閉接點串聯，在任一開關的其中一個氣室發生電弧短路故障時，按設計要求，都會使35kV進線五31、五32和母聯五33開關同時跳閘，造成五七變35kV系統全部失電，經常是擴大了事故范圍。

問題3：此保護未結合我廠電力系統的具體運行方式，按照五七變35kV系統的電源只由主變35kV側進線開關提供的方式考慮，在設計電弧故障保護時，只設置了跳主變35kV側進線（五31、五32）和母聯開關。

而實際上，五七變35kV系統也可能由丙烯變經過五丙聯絡線五35、五39回路作為電源進線，我廠自備電站也經常通過二變五34、五40回路向五七變35kV系統反送電。因此，在原設計情況下運行必然出現GIS設備較長時間面臨電弧故障的惡劣事故.因而必須對這些柜也增加電弧故障保護。具體見圖1五七變電站35kV一次主接線圖。

2 電弧故障保護改進分析

2.1 改進分析

為消除上述隱患，保證我廠電力系統今后的安全運行，對五七變35kV系統電弧故障保護的設計進行改進：

每個電弧故障保護增設過流保護來起動，在直流電源消失后重新送電時,因為電流沒變化不會達到過流動作條件,原來電弧故障保護的電源恢復誤跳就可以避免。

同時也可以利用電源進線開關過流元件動作與否來判斷故障范圍:即故障側電源進線開關過流元件動作，起動電弧故障保護跳閘；非故障側電源進線開關過流元件不動作，也就不會起動電弧故障保護。再采用過流無延時動作保證快速保護的要求。

考慮丙烯變電站經五35、五39回路向五七變35kV系統供電的可能，同時考慮我廠自備電站通過五34、五40回路向五七變35kV系統供電的可能，將以上四條回路也設置與五七變主變35kV側進線開關（五31、五32）同樣的電弧故障保護(利用進線柜的K14、K15的接點)。

由于雙母線的運行方式非常靈活,任一氣室電弧故障保護動作時，為故障氣室供電的電源進線開關還不能再設計出簡單的區分故障范圍的方案,故全部滿足條件的開關都跳閘，因此故障氣室的停電不再同時跳開35kV母聯開關（原來用于母聯的K15改為給其他柜用）。

為保證同時滿足上述要求，對五七變35kV系統電弧故障保護的設計進行以下改進：電弧故障跳閘回路中，增設不帶延時的過流保護來起動電弧故障保護。原理圖如圖3電源進線開關電弧故障跳閘回路。

圖3 電源進線開關電弧故障跳閘回路

該圖為電源進線開關電弧故障跳閘回路改進方案。五31、五32、五35、五39、五34、五40開關獨立設置于各二次回路，圖中OUT為不帶延時的過流保護出口接點，由各線路自身現有的綜合保護繼電器SEL提供（五35、五39為SEL-351繼電器，五34、五40為SEL-311L繼電器，五31、五32為SEL-351A繼電器），在該電源開關保護繼電器檢測到過流時閉合。

2.2 改進的再分析

經過上述方案改進, 增設不帶延時的過流保護后,解決了電弧故障保護運行缺陷中所需要解決的問題 。但經過考慮我廠實際情況，如變壓器容量不夠大，經常出現滿負荷運行，35kV運行方式經常出現負荷不平衡等，如直流電源消失后重新送電的同時，恰好有裝置大電機啟動，將會造成過流保護動作，仍會誤起動電弧故障保護。

電網中的過負荷電流與短路電流有時差異不大，因而按躲過最大負荷電流整定的過電流保護在有些情況下不能滿足靈敏性要求,但由于在過負荷和短路兩種情況下,負載阻抗和短路阻抗性質不同,即電壓幅值會發生變化。因此利用現有綜保SEL都有電壓元件的條件，在電弧故障跳閘回路中再增加低電壓閉鎖，當有低電壓滿足時才允許動作。

這些在現有綜保SEL產品中都可以很容易實現?，F在OUT為低電壓閉鎖不帶延時的過流保護出口，用來起動電弧故障保護，接線和前面一樣，增加的邏輯方程在SEL繼電器中直接設置。

分析前面的情況我們發現，增加低電壓閉鎖后的保護在對各種情況下都能繼續保持速動性和選擇性,同時大大提高了靈敏性和可靠性。

3 五七變電站35kV系統電弧故障保護改進方案

3.1 回路構成

所有氣室壓力傳感器36個串聯連接，再與五31、五32柜電弧故障啟動繼電器KC14、KC15的線圈串聯（4個該繼電器為并聯關系）；六個可能電源進線綜保SEL都獨立設置過流保護，其OUT出口分別連接KC14和KC15的不同接點組，再接入各自的跳閘回路。

3.2 計算并設定GIS電弧保護過流啟動值

3.3動作分析

當某一氣室發生電弧短路故障時，氣體壓力傳感器的檢測壓力達到190 kPa時，其常閉接點打開，所有電弧故障啟動繼電器線圈失電復歸，其繼電器常閉接點閉合，即分別接通35kV進線五31、五32、二變五34、五40、丙稀變五35、五39相應跳閘回路接點，再經過各自的過電流判斷是否滿足動作條件，即如果是供電到該氣室的開關就啟動故障跳閘回路，使該開關動作跳閘。

4 結論

“低電壓閉鎖無延時過流”和電弧故障保護“與”關系配合使用, 充分利用了現場條件，方案合理，接線簡單、比較好地解決了電弧故障保護在雙母線多電源系統的運用問題，也解決了電弧故障保護控制電源恢復時開關誤跳的問題。

（編自《電氣技術》，作者為陶向東。）