錦屏二級水電站是雅礱江流域水頭最高、裝機規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，通過長約17km的引水隧洞，截彎取直，獲得水頭約310m，電站總裝機容量4800MW，單機容量600 MW。

弧光短路是中、低壓開關柜內部最嚴重的故障之一，由于電弧電阻的原因，短路電流往往達不到過流、速斷整定值而不能快速動作切斷故障。電弧持續燃燒的結果是釋放出巨大的能量。另外，開關柜的弧光短路故障，往往得不到及時清除，從而造成災難性的后果。錦屏二級水電站10kV廠用電系統采用了RIZNER-EagleEye 弧光保護系統，以提高系統運行可靠性。

1 電弧光產生的原因

一般來說，10kV開關柜內產生弧光的原因很多，主要表現在以下幾個方面：

（1）保護拒動，導致故障范圍擴大。

（2）絕緣材料老化、破損等。

（3）電網結構發生變化、過電壓等。

（4）小動物進入開關柜內、工器具等物件接觸到帶電部分。

（5）工作人員操作不當。

（6）高溫、高濕等惡劣的運行條件。

2 電弧光的危害

10kV開關柜內由于故障而產生的電弧對設備及人員的危害極大，如果不及時采取有效措施，將產生如下幾個方面的危害：

（1）電弧光對人的傷害

弧光放電時電流很大，電弧溫度高達數千度，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，使肌肉產生非自主的劇烈收縮，導致肌腱、皮膚、血管、神經組織斷裂以及骨折等；弧光放電時產生的紅外線、紫外線、可見光等都會損傷眼睛。

（2）電弧對設備的危害

電弧光發生時產生的大量氣體，其壓力波可造成開關柜體變形、破碎；；爆破震動波造成開關柜內強烈震動，使固定元器件松脫；高溫電弧可造成電纜燃燒引起火災、爆炸等事故；高溫電弧可使銅排、鋁排等器件迅速氣化，并產生大量有毒有害煙塵，造成元器件嚴重污染。

3 RIZNER-EagleEye 弧光保護系統概述

RIZNER-EagleEye弧光保護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，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。

3.1 RIZNER-EagleEye 主控單元

主控單元是RIZNER-EagleEye 電弧光保護系統的核心部件，主控單元安裝在10kV各段進線開關柜內。主控單元對收集的數據進行處理、判斷，在滿足跳閘條件時，發出跳閘信號以切除故障。

跳閘條件有兩種設置方式，一種是同時檢測到過電流和光信號時，才發出跳閘指令；另一種是只需檢測到光信號，就發跳閘指令。若保護系統采用了電流單元，且整定的電流值沒有超過，保護系統不會發出跳閘信號。

3.2 EagleEye-ARC 弧光單元

如果主控單元的弧光測量口不夠用，或者想設定更多的跳閘邏輯時，則須使用弧光單元。弧光單元面板上的電位計用來調整感光的強度，當開關柜內產生弧光時，弧光單元則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系統在不同運行情況下的跳閘邏輯可操作性。通過使用電流單元，弧光保護系統中的跳閘邏輯可以多樣化，且有更多的選擇。測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輸出到主控單元。

4 弧光保護在錦屏二級水電站的應用

錦屏二級水電站10kV廠用電系統設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、3號、5號、7號機組機端），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聯絡開關，Ⅱ段和Ⅲ段、Ⅳ段和Ⅰ段均裝有一個分段開關和一個聯絡開關。

其中Ⅰ段和Ⅱ段母線10kV開關柜布置在副廠房10kV 1號配電室內，Ⅲ段和Ⅳ段母線10kV開關柜布置在主變洞10kV 2號配電室內，兩個配電室相距較遠。

每段母線均設一套RIZNER-EagleEye 弧光保護系統。其中RIZNER-EagleEye主控單元安裝在本段母線主電源進線開關柜內，EagleEye –CR 電流單元安裝在主電源進線開關柜內、施工變進線開關柜內、Ⅱ段和Ⅲ段分段開關柜和聯絡開關柜內，EagleEye-ARC 弧光單元安裝在10kV廠用電Ⅱ段第9面饋線柜內，弧光傳感器安裝在每面開關柜的母線室中。

錦屏二級水電站的弧光保護采用弧光和電流雙判據，即只有在檢測到弧光并且電流滿足定值時，弧光保護動作；只檢測到弧光或者電流達到定值時弧光保護僅發出報警信號。

圖1為最初的Ⅰ段和Ⅳ段的弧光保護配置圖，圖中Ⅰ段和Ⅳ段之間的分段開關CT和聯絡開關CT的電流未被任何一套弧光保護所采集，而僅僅在分段開關柜和聯絡開關柜內安裝了弧光傳感器，當Ⅰ段和Ⅳ段母線聯絡運行時，無電源的那一段母線上的饋線柜內發生了故障，那一段母線的弧光保護接收到了弧光傳感器的弧光信號，但是無法采集到故障電流，故該弧光保護將會拒動。

而有電源的那一段母線上的弧光保護可以在進線開關柜內采集到故障電流，但是無法接收到弧光傳感器的弧光信號，故該弧光保護也會拒動。

經過多方協商后，由廠方在Ⅰ段、Ⅳ段之間的分段開關柜和聯絡開關柜內均增加一個EagleEye –CR電流單元，以便兩段母線上的弧光保護能夠采集各自的電流信號，這樣就可以解決弧光保護據動的問題。

弧光傳感器安裝在開關柜頂部的母線室內，而對電纜室內的電纜頭、支撐絕緣子等故障高發部位的故障無法檢測，如果增加部分弧光傳感器，就可以實現對開關柜的全面保護，增加保護的可靠性。

為了避免弧光保護誤報警，因此不能將弧光傳感器安裝在容易被強光照射到的位置。

5 結束語

弧光保護原理簡單，動作迅速可靠，可以有效解決故障弧光所產生的危害，減少設備損失和人員傷亡，保證電力設備的安全穩定運行，提高電力系統的可靠運行和經濟效益。

圖1 Ⅰ段、Ⅳ段弧光保護配置示意圖

（編自《電氣技術》，標題為“弧光保護在10kV廠用電系統中的應用”，作者為張偉。）