FD-800系列弧光保护在某工业园区箱变中的应用方案

一、项目背景和需求

苏州开发区某工业园区新建一座10kV箱式变电站,箱变内配置2台容量为1600kVA的干式变压器,承担园区内多家生产企业的供电任务。由于箱变内部空间相对封闭,电气设备在长期户外运行过程中,可能因绝缘老化、接头松动、异物侵入等原因引发弧光故障。弧光会产生极高的温度、强烈的弧光辐射以及急剧膨胀的气体,不仅会损坏箱变内的电气设备,还可能导致箱变外壳破裂,甚至引发火灾等严重安全事故,对周边人员和设备造成极大威胁。

该项目对箱变的保护系统除了常规的过流保护、速断保护、非电量保护等功能外,特别强调需要具备弧光保护功能,并且要具备压力检测和烟雾检测功能,以实现对箱变内部故障的多方位监测和快速响应,减少故障造成的损失。经过多方调研和对比,选用法丁电力FD-800系列弧光保护装置来满足项目需求。

二、弧光保护系统设计

本项目采用的法丁电力FD-800系列弧光保护系统主要由弧光保护装置主机、弧光传感器、压力传感器、烟雾传感器以及相关的连接电缆等组成。其中,弧光保护装置主机是系统的重要部分,负责接收各传感器采集的信号,并根据预设的动作逻辑进行判断和处理,发出相应的跳闸指令和报警信号。

弧光传感器用于检测箱变内部发生弧光短路时产生的弧光信号;

压力传感器用于监测箱变内部因弧光短路等故障导致的压差变化;

烟雾传感器则用于检测箱变内部因弧光故障引发燃烧产生的烟雾。

三、传感器安装

根据该箱变的结构和电气设备布置情况,将弧光保护范围确定为箱变内的10kV高压室、变压器室以及低压配电室。

1、10KV高压室

高压柜母线室弧光传感器通过开孔固定在母线室柜壁上。距离母线的扇形半径为0.6m,确保传感器能够清晰地监测到母线各部位的弧光信号。

高压柜断路器室弧光传感器通过支架固定在泄压通道柜壁上。距离断路器触笔区域的扇形半径为0.6m,确保传感器能够清晰地监测到断路器的弧光信号。

高压柜电缆室弧光传感器通过开孔固定在母线室柜壁上。距离电缆头的扇形半径为0.6m,确保传感器能够清晰地监测到电缆头的弧光信号。

10KV高压室内顶部安装1个烟雾传感器,烟雾传感器实时监测高压室内烟雾浓度。

2、变压器室

变压器的高压侧进线端和低压侧出线端分别安装弧光传感器,将弧光传感器分别安装在变压器高压侧套管和低压侧出线端附近的墙壁或柜体上,距离接线端区域的扇形半径为0.6m,确保传感器能够清晰地监测到断路器的弧光信号。

变压器室内顶部安装1个烟雾传感器,烟雾传感器实时监测变压器室内烟雾浓度。

3、低压配电室

在低压柜母线室上端安装弧光传感器。距离母线的扇形半径为0.6m,确保传感器能够清晰地监测到母线各部位的弧光信号。

低压配电室内顶部安装1个烟雾传感器,烟雾传感器实时监测低压配电室内烟雾浓度。烟雾传感器采用吸顶式安装,使用自攻螺钉将传感器固定在箱变顶部的天花板或钢结构上,安装时要保证传感器与顶部表面紧密贴合,无松动现象。同时,要避免将传感器安装在灯具、通风口、空调出风口等附近,防止因气流、光线等因素影响传感器的检测精度。

压力传感器主要安装在变压器室和10kV母线室。

在变压器室,将压力传感器安装在变压器油箱上方的箱体壁上,距离变压器顶部的距离为0.3-0.5m,以便能够及时监测到变压器内部故障时产生的气体导致的气压升高;在10kV母线室,将压力传感器安装在母线室的中部位置,避免安装在通风口或气流不稳定的地方,确保测量到的气压能够真实反映母线室内部的气压情况。

四、动作逻辑与应用

法丁电力FD-800系列弧光保护装置采用“弧光+电流”和“弧光+压力”的多重判据进行故障检测与判断,以提高保护动作的可靠性,避免误动作。

当箱变内部发生弧光短路故障时,弧光传感器首先检测到弧光信号,并将其传输给弧光保护装置主机。同时,若故障电流达到预设的电流阈值(本项目将电流阈值设定为额定电流的10倍),则保护装置判断为弧光短路故障;若故障电流未达到电流阈值,但压力传感器检测到箱变内部气压超过设定的动作阈值,或烟雾传感器检测到烟雾浓度超过设定的动作阈值,保护装置同样判断为弧光故障。

为防止单一传感器故障导致保护误动作或拒动作,保护装置采用冗余设计,对于重要的保护区域,设置多个同类型传感器。当多个传感器同时检测到故障信号时,保护装置才确认故障发生;若只有一个传感器检测到故障信号,保护装置会发出报警信号,并提示工作人员进行检查,而不立即执行跳闸动作。

当保护装置确认发生弧光故障后,立即按照预设的跳闸逻辑发出跳闸指令。首先切断故障区域的电源回路

·对于10kV侧的故障,先跳开故障母线对应的进线断路器和馈线断路器;

·对于变压器故障,先跳开变压器的高压侧断路器;

·对于低压侧故障,跳开低压进线断路器以及低压母线的分段断路器(若有)。

跳闸动作时间不大于20ms,缩短弧光故障的持续时间,减少故障造成的损失。

在发出跳闸指令的同时,弧光保护装置还会联动箱变内的其他辅助设备。

·如启动箱变内的通风系统,加速箱变内部热气和烟雾的排出;

·启动灭火装置(若配置),及时扑灭可能发生的火灾;

同时,将故障信号上传至园区的电力监控系统,以便管理人员能够实时了解箱变的故障情况,并及时安排人员进行检修。

当故障处理完毕后,工作人员需要对弧光保护装置进行复位操作。首先,检查箱变内的故障设备是否已经修复或更换,确保故障隐患已经消除。

然后,在弧光保护装置的操作界面上,按照操作步骤进行复位,复位后保护装置恢复正常运行状态,重新开始对箱变内部的运行情况进行监测。

若在故障处理过程中,传感器或保护装置本身出现故障,需要及时进行维修或更换,待设备恢复正常后再进行复位操作。