近几年来, 随着全国电力工业的快速发展, 35kV 中低压开关柜的应用数量越来越多, 由于开关柜弧光短路故障引发的中低压母线故障时有发生, 并且也发生过主变压器由于遭受外部短路电流冲击损坏的事故, 经济损失严重; 另一方面, 用户对供电的可靠性要求也越来越高: 因此, 全国电业局在35 kV开关柜装设了专用快速母线保护———电弧光保护。
1 装设电弧光保护的必要性
1.1 开关柜内部燃弧耐受时间
当开关柜内部弧光短路故障时, IEC298 标准附录AA 中规定的内部燃弧时间是100 ms, 也就是说,开关柜可以承受的电弧燃烧时间, 即保护动作和断路器切除故障的时间之和应小于100 ms 才能达到保护该开关柜的目的。目前市场上销售的开关柜基本上是按照IEC298 标准生产的, 也就是说, 开关柜可以承受的电弧燃烧时间为100 ms。表1 为国外对各种燃弧持续时间下进行试验得出的对设备造成的损害程度。
1.2 变压器动稳定时间及中低压母线保护动作时间的要求
国标规定的110 kV 及以上电压等级的变压器的热稳定允许时间为2 s, 动稳定时间为0.25 s。但实际上, 在低压侧出口短路故障时过流后备保护切除动作时间往往在2 s 以上, 距变压器的动稳定时间要求0.25 s 相差甚远, 这也是造成变压器损坏的重要原因。
1.3 现有的中低压母线保护方式及存在的问题
1.3.1 变压器后备过流保护
这是目前国内应用最广泛的中低压母线保护方式( 乌海电业局也是应用的这种保护方式) 。由于考虑到与馈线和母线分段开关的配合, 保护跳闸时间一般整定为1.0~1.4 s, 有的甚至更长, 达2.0 s 以上。这一动作时间远远不能满足快速切除中低压母线故障的要求。

1.3.2 馈线过流保护闭锁变压器过流保护
近年来利用馈线过流元件闭锁变压器过流保护的应用较为广泛, 与变压器后备过流保护方式相比其动作速度有了一定的提高, 典型动作时间为300~400 ms。但对于要求100 ms 以内切除故障的, 显然不能满足要求。
1.3.3 采用环流原理的高阻抗母线保护
这种保护方式典型的保护动作时间为35~60ms。考虑到断路器的分闸时间, 这一动作速度对要求100 ms 以内切除故障来说也慢。并且这种保护方式的接线复杂, 对TA 的质量要求高, 安装在有很多出线的6~35 kV 母线上非常困难, 也不经济。此外, 由于其保护范围受到TA 安装位置的限制, 不能保护到发生故障几率较高的电缆室电缆接头处的故障。因此并不适合应用于中低压母线保护。从实际应用情况来看, 现有的保护方式显然不能满足快速切除母线故障或保护覆盖范围的要求,因此, 在中低压母线和开关柜装设一种快速的母线保护是必要的, 也是迫切的。 2 LKEAP 新型电弧光母线保护系统
2.1电弧光保护原理
电弧光保护原理很简单, 主要动作依据为故障产生的两个不同因素: 弧光及电流增量。当同时检测到弧光和电流增量时发出跳闸命令。也就是说, 当系统发生故障时, 弧光传感器将弧光信号转化为电信号, 通过I/O 辅助单元传给主单元, 主单元再通过检测电流信号并且达到启动值, 即发出跳闸信号。电弧光保护能快速切除中低压母线故障, 保证输配电网的安全运行。目前, 全国电业局五福变电站、宝山变电站35 kV 母线已安装了LKEAP 电弧光保护, 运行效果良好, 并可作为参考, 广泛地应用在其他中低压母线上, 发挥其应有的作用。