FD-800系列弧光保護在某工業園區箱變中的應用方案

一、項目背景和需求

蘇州開發區某工業園區新建一座10kV箱式變電站,箱變內配置2臺容量為1600kVA的干式變壓器,承擔園區內多家生產企業的供電任務。由于箱變內部空間相對封閉,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弧光故障。弧光會產生極高的溫度、強烈的弧光輻射以及急劇膨脹的氣體,不僅會損壞箱變內的電氣設備,還可能導致箱變外殼破裂,甚至引發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除了常規的過流保護、速斷保護、非電量保護等功能外,特別強調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,以實現對箱變內部故障的多方位監測和快速響應,減少故障造成的損失。經過多方調研和對比,選用法丁電力FD-800系列弧光保護裝置來滿足項目需求。

二、弧光保護系統設計

本項目采用的法丁電力FD-800系列弧光保護系統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的重要部分,負責接收各傳感器采集的信號,并根據預設的動作邏輯進行判斷和處理,發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部發生弧光短路時產生的弧光信號;

壓力傳感器用于監測箱變內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部因弧光故障引發燃燒產生的煙霧。

三、傳感器安裝

根據該箱變的結構和電氣設備布置情況,將弧光保護范圍確定為箱變內的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。距離斷路器觸筆區域的扇形半徑為0.6m,確保傳感器能夠清晰地監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測到電纜頭的弧光信號。

10KV高壓室內頂部安裝1個煙霧傳感器,煙霧傳感器實時監測高壓室內煙霧濃度。

2、變壓器室

變壓器的高壓側進線端和低壓側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套管和低壓側出線端附近的墻壁或柜體上,距離接線端區域的扇形半徑為0.6m,確保傳感器能夠清晰地監測到斷路器的弧光信號。

變壓器室內頂部安裝1個煙霧傳感器,煙霧傳感器實時監測變壓器室內煙霧濃度。

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測到母線各部位的弧光信號。

低壓配電室內頂部安裝1個煙霧傳感器,煙霧傳感器實時監測低壓配電室內煙霧濃度。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構上,安裝時要保證傳感器與頂部表面緊密貼合,無松動現象。同時,要避免將傳感器安裝在燈具、通風口、空調出風口等附近,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,以便能夠及時監測到變壓器內部故障時產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定的地方,確保測量到的氣壓能夠真實反映母線室內部的氣壓情況。

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。

當箱變內部發生弧光短路故障時,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生;若只有一個傳感器檢測到故障信號,保護裝置會發出報警信號,并提示工作人員進行檢查,而不立即執行跳閘動作。

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

·對于10kV側的故障,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斷路器;

·對于低壓側故障,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時間,減少故障造成的損失。

在發出跳閘指令的同時,弧光保護裝置還會聯動箱變內的其他輔助設備。

·如啟動箱變內的通風系統,加速箱變內部熱氣和煙霧的排出;

·啟動滅火裝置(若配置),及時撲滅可能發生的火災;

同時,將故障信號上傳至園區的電力監控系統,以便管理人員能夠實時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,檢查箱變內的故障設備是否已經修復或更換,確保故障隱患已經消除。

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,重新開始對箱變內部的運行情況進行監測。

若在故障處理過程中,傳感器或保護裝置本身出現故障,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。