一、項目背景和需求

蘇州開發(fā)區(qū)某工業(yè)園區(qū)新建一座10kV箱式變電站,箱變內(nèi)配置2臺容量為1600kVA的干式變壓器,承擔園區(qū)內(nèi)多家生產(chǎn)企業(yè)的供電任務。由于箱變內(nèi)部空間相對封閉,電氣設備在長期戶外運行過程中,可能因絕緣老化、接頭松動、異物侵入等原因引發(fā)弧光故障?；」鈺a(chǎn)生極高的溫度、強烈的弧光輻射以及急劇膨脹的氣體,不僅會損壞箱變內(nèi)的電氣設備,還可能導致箱變外殼破裂,甚至引發(fā)火災等嚴重安全事故,對周邊人員和設備造成極大威脅。

該項目對箱變的保護系統(tǒng)除了常規(guī)的過流保護、速斷保護、非電量保護等功能外,特別強調(diào)需要具備弧光保護功能,并且要具備壓力檢測和煙霧檢測功能,以實現(xiàn)對箱變內(nèi)部故障的多方位監(jiān)測和快速響應,減少故障造成的損失。經(jīng)過多方調(diào)研和對比,選用法丁電力FD-800系列弧光保護裝置來滿足項目需求。

二、弧光保護系統(tǒng)設計

本項目采用的法丁電力FD-800系列弧光保護系統(tǒng)主要由弧光保護裝置主機、弧光傳感器、壓力傳感器、煙霧傳感器以及相關的連接電纜等組成。其中,弧光保護裝置主機是系統(tǒng)的重要部分,負責接收各傳感器采集的信號,并根據(jù)預設的動作邏輯進行判斷和處理,發(fā)出相應的跳閘指令和報警信號。

弧光傳感器用于檢測箱變內(nèi)部發(fā)生弧光短路時產(chǎn)生的弧光信號;

壓力傳感器用于監(jiān)測箱變內(nèi)部因弧光短路等故障導致的壓差變化;

煙霧傳感器則用于檢測箱變內(nèi)部因弧光故障引發(fā)燃燒產(chǎn)生的煙霧。

三、傳感器安裝

根據(jù)該箱變的結(jié)構(gòu)和電氣設備布置情況,將弧光保護范圍確定為箱變內(nèi)的10kV高壓室、變壓器室以及低壓配電室。

1、10KV高壓室

高壓柜母線室弧光傳感器通過開孔固定在母線室柜壁上。距離母線的扇形半徑為0.6m,確保傳感器能夠清晰地監(jiān)測到母線各部位的弧光信號。

高壓柜斷路器室弧光傳感器通過支架固定在泄壓通道柜壁上。距離斷路器觸筆區(qū)域的扇形半徑為0.6m,確保傳感器能夠清晰地監(jiān)測到斷路器的弧光信號。

高壓柜電纜室弧光傳感器通過開孔固定在母線室柜壁上。距離電纜頭的扇形半徑為0.6m,確保傳感器能夠清晰地監(jiān)測到電纜頭的弧光信號。

10KV高壓室內(nèi)頂部安裝1個煙霧傳感器,煙霧傳感器實時監(jiān)測高壓室內(nèi)煙霧濃度。

2、變壓器室

變壓器的高壓側(cè)進線端和低壓側(cè)出線端分別安裝弧光傳感器,將弧光傳感器分別安裝在變壓器高壓側(cè)套管和低壓側(cè)出線端附近的墻壁或柜體上,距離接線端區(qū)域的扇形半徑為0.6m,確保傳感器能夠清晰地監(jiān)測到斷路器的弧光信號。

變壓器室內(nèi)頂部安裝1個煙霧傳感器,煙霧傳感器實時監(jiān)測變壓器室內(nèi)煙霧濃度。

3、低壓配電室

在低壓柜母線室上端安裝弧光傳感器。距離母線的扇形半徑為0.6m,確保傳感器能夠清晰地監(jiān)測到母線各部位的弧光信號。

低壓配電室內(nèi)頂部安裝1個煙霧傳感器,煙霧傳感器實時監(jiān)測低壓配電室內(nèi)煙霧濃度。煙霧傳感器采用吸頂式安裝,使用自攻螺釘將傳感器固定在箱變頂部的天花板或鋼結(jié)構(gòu)上,安裝時要保證傳感器與頂部表面緊密貼合,無松動現(xiàn)象。同時,要避免將傳感器安裝在燈具、通風口、空調(diào)出風口等附近,防止因氣流、光線等因素影響傳感器的檢測精度。

壓力傳感器主要安裝在變壓器室和10kV母線室。

在變壓器室,將壓力傳感器安裝在變壓器油箱上方的箱體壁上,距離變壓器頂部的距離為0.3-0.5m,以便能夠及時監(jiān)測到變壓器內(nèi)部故障時產(chǎn)生的氣體導致的氣壓升高;在10kV母線室,將壓力傳感器安裝在母線室的中部位置,避免安裝在通風口或氣流不穩(wěn)定的地方,確保測量到的氣壓能夠真實反映母線室內(nèi)部的氣壓情況。

四、動作邏輯與應用

法丁電力FD-800系列弧光保護裝置采用“弧光+電流”和“弧光+壓力”的多重判據(jù)進行故障檢測與判斷,以提高保護動作的可靠性,避免誤動作。

當箱變內(nèi)部發(fā)生弧光短路故障時,弧光傳感器首先檢測到弧光信號,并將其傳輸給弧光保護裝置主機。同時,若故障電流達到預設的電流閾值(本項目將電流閾值設定為額定電流的10倍),則保護裝置判斷為弧光短路故障;若故障電流未達到電流閾值,但壓力傳感器檢測到箱變內(nèi)部氣壓超過設定的動作閾值,或煙霧傳感器檢測到煙霧濃度超過設定的動作閾值,保護裝置同樣判斷為弧光故障。

為防止單一傳感器故障導致保護誤動作或拒動作,保護裝置采用冗余設計,對于重要的保護區(qū)域,設置多個同類型傳感器。當多個傳感器同時檢測到故障信號時,保護裝置才確認故障發(fā)生;若只有一個傳感器檢測到故障信號,保護裝置會發(fā)出報警信號,并提示工作人員進行檢查,而不立即執(zhí)行跳閘動作。

當保護裝置確認發(fā)生弧光故障后,立即按照預設的跳閘邏輯發(fā)出跳閘指令。首先切斷故障區(qū)域的電源回路

·對于10kV側(cè)的故障,先跳開故障母線對應的進線斷路器和饋線斷路器;

·對于變壓器故障,先跳開變壓器的高壓側(cè)斷路器;

·對于低壓側(cè)故障,跳開低壓進線斷路器以及低壓母線的分段斷路器(若有)。

跳閘動作時間不大于20ms,縮短弧光故障的持續(xù)時間,減少故障造成的損失。

在發(fā)出跳閘指令的同時,弧光保護裝置還會聯(lián)動箱變內(nèi)的其他輔助設備。

·如啟動箱變內(nèi)的通風系統(tǒng),加速箱變內(nèi)部熱氣和煙霧的排出;

·啟動滅火裝置(若配置),及時撲滅可能發(fā)生的火災;

同時,將故障信號上傳至園區(qū)的電力監(jiān)控系統(tǒng),以便管理人員能夠?qū)崟r了解箱變的故障情況,并及時安排人員進行檢修。

當故障處理完畢后,工作人員需要對弧光保護裝置進行復位操作。首先,檢查箱變內(nèi)的故障設備是否已經(jīng)修復或更換,確保故障隱患已經(jīng)消除。

然后,在弧光保護裝置的操作界面上,按照操作步驟進行復位,復位后保護裝置恢復正常運行狀態(tài),重新開始對箱變內(nèi)部的運行情況進行監(jiān)測。

若在故障處理過程中,傳感器或保護裝置本身出現(xiàn)故障,需要及時進行維修或更換,待設備恢復正常后再進行復位操作。