前言

  使用產(chǎn)品前，請仔細(xì)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(xì)閱讀，因不當(dāng)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(dān)任何相應(yīng)責(zé)任。

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

本章節(jié)將會定義以下指示標(biāo)志和標(biāo)準(zhǔn)定義：

危險！  意味著如果安全防范不得當(dāng)，將會導(dǎo)致人員傷亡，或嚴(yán)重的設(shè)備損壞。

警告！  意味著如果安全防范不得當(dāng)，有可能會造成人身傷害，或設(shè)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(yán)重的設(shè)備損壞，包括對可能要保護的的設(shè)備。

警告！  在購買本產(chǎn)品前請確認(rèn)是否與可能要被保護的設(shè)備應(yīng)用相符，仔細(xì)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(yán)重的損壞，以及影響被保護設(shè)備的正常運行。

只有具備資質(zhì)的相關(guān)人員才允許對本產(chǎn)品進行操作，相關(guān)人員需仔細(xì)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(yán)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(guān)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(shè)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(shè)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(shè)備損壞程度，甚至?xí)?/span>“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(guān)規(guī)程，自主研發(fā)出具有獨特創(chuàng)新技術(shù)、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(guān)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(guān)柜，在強電磁場作用下絕緣老化，也可能造成絕緣損壞而導(dǎo)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?fù)舸┑鹊取?/span>

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

4）認(rèn)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(yīng)用增多，保護及自控裝置配置不當(dāng)，系統(tǒng)諧振過電壓等。

1.4. 電弧光的危害

開關(guān)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(guān)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(shè)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(shè)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(yīng)用領(lǐng)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(shè)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(shè)備停運的時間，更快地恢復(fù)供電；

電弧光保護系統(tǒng)，主要應(yīng)用于以下場合：

1）電力變電站

2）火電廠電氣段開關(guān)柜母線室及饋線柜

3）風(fēng)電場升壓站集電線路開關(guān)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(fù)的器件損壞，從而延長故障修復(fù)時間。

2.2. 本系統(tǒng)技術(shù)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(guān)柜內(nèi)設(shè)備的弧光在75ms以內(nèi)切除。

2、全數(shù)字化設(shè)計：

本裝置采用全數(shù)字化設(shè)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(shè)計導(dǎo)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(zhǔn)確性。

4、強大的電氣性能：

弧光探頭設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，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(zhǔn)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(xì)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(yīng)現(xiàn)場的應(yīng)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)。

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(guān)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(fù)雜、有選擇性的保護。弧光探頭作為光感應(yīng)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(shù)特點

本系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點：

1） 滿足電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)；

2） 符合中國繼電保護設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(xí)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(chǔ)分組，弧光探頭可以整定關(guān)聯(lián)到任意一組電流信號上。

當(dāng)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)機箱，嵌入式安裝于屏(柜)上。插件為后插導(dǎo)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
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.	.	.
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(guān)柜分隔板上或框架上。面向開關(guān)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(yīng)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(guān)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(shè)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(fù)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(dāng)斷路器處于跳閘位置時熄滅，當(dāng)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(biāo)號向上選擇相應(yīng)的功能；

l ▼：根據(jù)液晶屏所顯示的菜單項標(biāo)號向下選擇相應(yīng)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(rèn)：根據(jù)液晶屏所顯示的菜單項標(biāo)號選擇相應(yīng)的功能。

l 返回：確認(rèn)更改設(shè)置；返回上一級菜單。

l 復(fù)歸：消除界面指示報警與接點輸出報警。

l 復(fù)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(rèn)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(yīng)的菜單項按確認(rèn)即可進入相應(yīng)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(rèn)輸出相應(yīng)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(shè)置：裝置出廠默認(rèn)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(shè)置界面。設(shè)置完畢后按確認(rèn)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(shè)置：裝置可根據(jù)現(xiàn)場情況實時調(diào)整判據(jù)的關(guān)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(shè)置。

在進入設(shè)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(shè)置：裝置可根據(jù)現(xiàn)場情況實時調(diào)整判據(jù)的關(guān)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(shè)置。

在進入設(shè)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(yīng)的跳閘出口繼電器。

對應(yīng)電流：指傳感器1動作判據(jù)對應(yīng)的電流

7. 日期時間設(shè)置：如需更改裝置日期時間，在主菜單界面上選擇“時間設(shè)置”功能，進入如下圖的設(shè)置界面。首先進行年份設(shè)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(rèn)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(rèn)鍵擦除，按取消鍵返回。如下圖：