1.1概述

中、低壓母線發(fā)生短路故障時(shí)，所產(chǎn)生的電弧光會(huì)對(duì)設(shè)備及人員造成的傷害 。但是目前在國內(nèi)中低壓母線系統(tǒng)中一般不配置專用的快速母線保護(hù)，而是依賴上一級(jí)變壓器的后備保護(hù)切除母線短路故障，這樣導(dǎo)致了故障切除時(shí)間的延長，加大了故障對(duì)設(shè)備的損傷程度。破壞嚴(yán)重時(shí)可能造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大，威脅到整個(gè)變配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。該問題已引起業(yè)內(nèi)人士的高度重視。

1.2弧光危害

1.2.1弧光產(chǎn)生的原因

電力系統(tǒng)中，由于下列原因可能在開關(guān)設(shè)備內(nèi)部造成短路故障并產(chǎn)生弧光：

絕緣老化、機(jī)械磨損

灰塵、溫度、濕度、腐蝕小動(dòng)物（例如鼠害）等環(huán)境因素 過電壓

設(shè)備故障

人為誤操作

錯(cuò)誤接線

1.2.2弧光的危害

弧光一旦產(chǎn)生，其危害程度取決于電弧電流強(qiáng)度與故障持續(xù)時(shí)間。研究發(fā)現(xiàn)弧光產(chǎn)生的能量與電弧電流和故障持續(xù)時(shí)間成指數(shù)規(guī)律快速上升（如下圖）。

上圖直觀的展示出，弧光故障持續(xù)的時(shí)間越長，弧光產(chǎn)生的能量就越大。經(jīng)測(cè)定，弧光中心最高溫度約為20000℃，如若故障總切除時(shí)間大于100毫秒，輕則設(shè)備局部燒毀，重則造成開關(guān)柜爆炸乃至人員傷亡。由于各開關(guān)柜之間存在電氣連接，嚴(yán)重的弧光事故很可能造成“火燒連營”的重大事故。因此，為了保證設(shè)備不受結(jié)構(gòu)性損傷，要盡量縮短故障切除時(shí)間。

1.3安裝必要性

1.3.1燃弧時(shí)間與設(shè)備損壞程度對(duì)比表

燃弧時(shí)間 設(shè)備損壞程度 

35毫秒 設(shè)備沒有顯著的損壞，一般在檢驗(yàn)絕緣電阻后可再次投入使用 

100毫秒 設(shè)備損壞程度較小，在設(shè)備再次投入運(yùn)行前需進(jìn)行清潔和小范圍維修 

500毫秒 設(shè)備嚴(yán)重?fù)p毀，現(xiàn)場(chǎng)人員會(huì)遭受嚴(yán)重傷害，須更換部分或全部設(shè)備才可以投入運(yùn)行 

1.3.2目前國內(nèi)中、低壓母線保護(hù)及其局限性

按照我國現(xiàn)行的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在中低壓母線系統(tǒng)中一般不配置專用的快速母線保護(hù)。然而，由于受到中低壓母線上的出線較多，操作頻繁，三相導(dǎo)體線間距離與大地的距離較近，容易遭受小動(dòng)物危害，設(shè)備制造質(zhì)量比高壓設(shè)備差，設(shè)備絕緣老化和機(jī)械磨損，運(yùn)行條件惡劣，系統(tǒng)運(yùn)行條件改變，操作錯(cuò)誤等諸多原因的影響，中低壓母線的故障幾率比高壓、超高壓母線要高得多。但長期以來， 人們對(duì)中低壓母線的保護(hù)一直重視不夠，大多是依賴上一級(jí)元件（如變壓器）的后備過流保護(hù)來切除母線短路故障，導(dǎo)致了故障切除時(shí)間長，致使故障發(fā)展、 擴(kuò)大，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國電力系統(tǒng)中每年中壓手車柜就有幾百面被燒毀。究其原因大多是因?yàn)闆]有裝設(shè)專門的中低壓母線保護(hù)裝置，未能快速切除故障而造成的。所以，為了保證變壓器及母線開關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行，根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求，迫切需要配置專用的中低壓母線保護(hù)裝置。

MT-ZB4000系列智能弧光綜合保護(hù)系統(tǒng)的解決了這一問題，該系統(tǒng)通過測(cè)定系統(tǒng)過電流和弧光信號(hào)，在7毫秒之內(nèi)做出保護(hù)動(dòng)作，用以切除母線或饋線弧光故障，保障設(shè)備及人員安全，將經(jīng)濟(jì)損失降到最低。

1.4應(yīng)用范圍

MT-ZB4000系列智能弧光綜合保護(hù)系統(tǒng)是我公司參照國外的技術(shù)理念，結(jié)合國內(nèi)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況而研制的新一代智能型弧光保護(hù)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)包括MT-ZB4511母線保護(hù)裝置、MT-ZB4512饋線保護(hù)裝置、MT-ZB4511EX弧光擴(kuò)展裝置，和MT-VS100遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)。

該系列產(chǎn)品主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

開關(guān)柜中低壓母線段保護(hù)

開關(guān)柜饋線電纜接頭保護(hù)

箱式變電站保護(hù)

整流柜保護(hù)

功能特點(diǎn)

MT-ZB4000系列智能弧光綜合保護(hù)系統(tǒng)，通過檢測(cè)電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)候產(chǎn)生弧光這一特點(diǎn)，結(jié)合過流閉鎖這一原理，具備動(dòng)作快速可靠，系統(tǒng)配置簡單，應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是目前為理想的中低壓母線及饋線保護(hù)解決方案。

2.1工作原理

智能弧光綜合保護(hù)系統(tǒng)通過安裝于開關(guān)柜內(nèi)部任意位置的弧光傳感器傳遞來的弧光信號(hào)，及檢測(cè)到的電流增量作為故障判斷的依據(jù)。當(dāng)同時(shí)檢測(cè)到特定強(qiáng)度的弧光和電流增量時(shí)做發(fā)出跳閘指令，同時(shí)顯示故障位置。

2.2技術(shù)特點(diǎn)

一體化設(shè)計(jì)，安裝方便，可靠性高。

采用32位工業(yè)級(jí)微處理器，速度快、精度高。

彩色大屏幕液晶動(dòng)態(tài)顯示，界面友好，操作簡便。

關(guān)鍵元器件均采用進(jìn)口產(chǎn)品。

具備故障定位功能。

獨(dú)有的快速電流算法，保證電流判據(jù)的快速、可靠性。

豐富的通訊接口設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)靈活的組網(wǎng)方案。

全數(shù)字化設(shè)計(jì)，無需撥碼開關(guān)及電位器等機(jī)械元件進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，精度高。無振動(dòng)、磨損等安全隱患。

可設(shè)定為帶延時(shí)的電流保護(hù)，用作開關(guān)柜的二級(jí)過流保護(hù)。

動(dòng)作判據(jù)邏輯可選，可設(shè)置為弧光加電流保護(hù)或單弧光保護(hù)。

弧光探頭通過絕緣材料制成的光纖與控制裝置無源連接，電氣隔離及抗干擾能力極強(qiáng)。

具備事故記錄、故障錄波、遙信、電流測(cè)量、自檢等輔助功能。

全金屬外殼設(shè)計(jì)，有效屏蔽外界電磁干擾。

通過了“繼電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心” IV級(jí)電磁兼容檢驗(yàn)。

具備獨(dú)立遠(yuǎn)控系統(tǒng)，可通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。

2.3國內(nèi)外同類產(chǎn)品對(duì)比

序號(hào) 技術(shù)要點(diǎn) MT-ZB4000 國內(nèi)外同類產(chǎn)品 

1 系統(tǒng)組成 各保護(hù)裝置采用一體化設(shè)計(jì)，便于安裝調(diào)試以及后期維護(hù)。 由主控、弧光、電流、電源等模塊組成，安裝施工復(fù)雜，不便于后期調(diào)試與維護(hù)。 

2 人機(jī)界面 彩色大屏幕液晶顯示，中英文可選操作菜單，界面友好，操作簡便。獨(dú)有的動(dòng)態(tài)故障顯示，畫面生動(dòng)。 指示燈、數(shù)碼管或字段式英文顯示。界面死板，操作復(fù)雜。 

3 弧光信號(hào) 無源弧光探頭探測(cè)弧光，絕緣材料光纖傳遞信號(hào)，速度快，抗干擾，可靠性高，保證電氣隔離。 有源探頭，電纜傳遞信號(hào)，易受外界干擾，不能保證電氣隔離。 

4 故障定位 具備故障定位功能，可通過通訊接口向后臺(tái)傳遞故障位置信息。 不具備定位功能 

5 參數(shù)設(shè)置 所有設(shè)定均通過彩色液晶界面，可靠、簡便。 撥碼開關(guān)或者旋鈕，精度低，有震動(dòng)和磨損的隱患。 

6 通訊組網(wǎng) 提供多種通訊接口供用戶選擇，支持RS-485、以太網(wǎng)、光纖環(huán)網(wǎng)等?？蓾M足現(xiàn)場(chǎng)不同的組網(wǎng)需求。 通訊接口單一。 

系統(tǒng)組成

3.1     MT-ZB4511母線保護(hù)裝置

MT-ZB4511母線保護(hù)裝置適用于母線弧光保護(hù)，負(fù)責(zé)輸入量的采集、測(cè)量、計(jì)算、邏輯判斷等工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)保護(hù)邏輯、與站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)通訊，自檢及其他輔助功能。

MT-ZB4511母線保護(hù)裝置自身具備16路弧光輸入和1路三相進(jìn)線電流輸入，也可配合MT-ZB4511EX弧光擴(kuò)展裝置進(jìn)行多路弧光擴(kuò)展。

當(dāng)母線發(fā)生弧光故障時(shí)，MT-ZB4511母線保護(hù)裝置會(huì)跳開進(jìn)線柜斷路器，對(duì)故障線路進(jìn)行保護(hù)。

每臺(tái)MT-ZB4511母線保護(hù)裝置提供以下接口:

16路弧光輸入

1路三相進(jìn)線電流輸入

4路獨(dú)立開關(guān)量輸出，分別用于跳閘和告警輸出

1路光信號(hào)輸入

1路光信號(hào)輸出

遠(yuǎn)方復(fù)歸輸入

1路RS-485通訊接口，1路可選通訊接口（RS485、以太網(wǎng)、光纖環(huán)網(wǎng)）

3.2    MT-ZB4512饋線保護(hù)裝置

MT-ZB4512饋線保護(hù)裝置適用于饋線弧光保護(hù)，負(fù)責(zé)輸入量的采集、測(cè)量、計(jì)算、邏輯判斷等工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)保護(hù)邏輯、與站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)通訊、自檢及其他輔助功能。

當(dāng)饋線柜中發(fā)生弧光故障時(shí)，MT-ZB4512饋線保護(hù)裝置會(huì)跳開該饋線柜中的斷路器以切斷故障源。

每臺(tái)MT-ZB4512饋線保護(hù)裝置提供以下接口:

3路弧光輸入

1路三相進(jìn)線電流輸入

4路獨(dú)立開關(guān)量輸出，分別用于跳閘和告警輸出

1路遠(yuǎn)方復(fù)歸輸入

2路RS-485通訊接口

 3.3     MT-ZB4511EX 弧光采集裝置

當(dāng)一段母線中需要探測(cè)弧光的點(diǎn)數(shù)超過16個(gè)點(diǎn)，需要采用MT-ZB4511EX弧光采集裝置進(jìn)行弧光采集擴(kuò)展，并配合MT-ZB4511母線保護(hù)裝置完成整段母線的保護(hù)工作。

每臺(tái)MT-ZB4511EX弧光采集裝置提供以下接口:

16路弧光輸入

1路光信號(hào)輸入

1路光信號(hào)輸出

1路RS-485通訊接口

3.4     MT-VS110遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)

MT-VS110遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)是MT-ZB4000系列弧光綜合保護(hù)裝置的獨(dú)立后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

該系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮母呒?jí)語言編寫而成并配有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，能將故障數(shù)據(jù)保存于監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)中。同時(shí)可遠(yuǎn)程對(duì)安裝于開關(guān)柜中的MT-ZB4000系列保護(hù)裝置進(jìn)行遙控、遙測(cè)、遙信、遙技術(shù)參數(shù)

4.1電氣參數(shù)

裝置電源 

額定電壓 AC220V、DC220V、DC110V 

工作范圍 85V～265V 

裝置功耗 

裝置功耗 不大于5W 

弧光檢測(cè)范圍 

弧光強(qiáng)度檢測(cè)范圍 100Lux～500Klux 

交流回路 

額定電流In 1A

額定頻率 45～65Hz 

功率消耗 小于0.1VA 

動(dòng)作整定 

相電流 0.5～10In 

精度 5% 

輸出觸點(diǎn)容量 

輸出觸點(diǎn)容量   250VAC/30VDC 

環(huán)境溫度 

允許的工作溫度/貯存溫度 -20℃～+50℃ /  -25℃～+70℃ 

動(dòng)作時(shí)間 

裝置出口時(shí)間 小于7毫秒 

通訊 

通訊方式 RS-485/以太網(wǎng)/光纖環(huán)網(wǎng) 

通訊協(xié)議 ModBus@RTU/IEC103 

傳輸速率 ModBus最大19.2Kbps以太網(wǎng)最大100Mbps光纖環(huán)網(wǎng)最大100Mbps