A. 弧光保護在新能源發電中的應用
【摘要】近年來新能源發電水平不斷提升，而大規模發電使電力系統的負荷不斷增加，而新能源的獨特性質導致傳統繼電保護無法完全發揮作用。本文詳細介紹了新型弧光保護系統，並且分析了常用的BS622弧光保護系統的實際使用功能，尤其是系統在變流設備與發電母線中的應用情況。弧光保護系統可以檢測弧光與電流突變的故障信號對變流與母線的保護作用，降低了傳統保護導致的諧波干擾、時間慢等問題，是新能源發電的重要保護方式。
【關鍵詞】弧光保護;新能源發電;母線保護
全國能源儲量不斷下降，而不可再生能源帶來的環境問題也在逐漸加劇，這種情況導致人類必須加強可再生能源的開發，實現可持續發展戰略目標。發達國家早將新能源技術納入能源結構調整的重點項目中，而我國在大型電網的支持下，勢必深入發展新能源發電。新能源發電種類繁多，太陽能、風力、燃料電池、生物質等發電模式，都屬於新能源發電，而不同種類的發電類型，完全由機組導入直流網路，在進入交流系統後，會改變現有的電網結構。系統故障後，繼電保護行為也會受到影響，而傳統的繼電保護裝置，只能對交流系統進行保護，但是直流與變流的保護仍然存在不足，為電力系統運行留下了安全隱患。在使用BS622弧光保護系統後，系統一旦發生弧光故障，操作人員可以快速處理，降低故障損失，為後期維護與回復供電提供幫助。
一、新能源發電系統
太陽能發電是國內常見的新能源發電系統，通過半導體將太陽光轉化為電能，根據電網與系統的關系，可以劃分為獨立電網系統與並網系統。獨立電網系統對電網要求較低，所以在偏遠地區的應用較為普及。並網系統對電網要求較高，太陽能系統可以代替正常電網，實現功率提升與功率饋送。太陽能電池可以連接負載，在其中不添加儲能設備，這種系統稱為直接耦合系統，但是在陰天與夜晚該系統無法提供能量，所以還需添加蓄電池，太陽能並網系統使用儲能裝置、電子變流器、系統控制器組成。風力發電包含兩大類型：可以實現獨立運行、無需接網的離網型設備，需要接入電網系統的並網型設備。離網型裝置發電規模小，主要在偏遠地區使用，搭配上發電技術與蓄電池可以解決部分地區供電問題。並網型設備負責大規模發電，電網覆蓋范圍較廣，總發電量可達幾兆瓦甚至幾百兆瓦，一般的大規模風力發電場，發電設備都能達到幾十甚至上千台發電機組。並網型設備可以獲得大電網補償與支撐，使風力資源得到充分的開發，也是國際上最重要的風力發電發展方向。
二、弧光保護系統
目前我國的弧光保護系統種類繁多，而成都比善科技研發的BS622弧光保護系統是國內使用較為廣泛的系統。該保護系統通過紫外感測器採集弧光信號，並且通過FPGA處理光電與電流信號，在經過濾波、傳輸、編碼後，通過高速浮點DSP對弧光與電流進行判別，通過雙判據可以加快保護動作，而且保護可靠性要高於傳統繼電保護設備，可以填補國內關於母線保護的空白。BS622弧光保護系統使用快速繼電器作為跳閘迴路，系統可以檢測小於2ms的出口跳閘時間，反應時間要遠超過傳統繼電保護裝置，可以控制開關櫃弧光故障切除時間維持在10ms內，BS622弧光保護系統包括主控、弧光、電流、感測器等多個單元組成。
三、變流設備的弧光保護應用
新能源發電使用大功率電子元件作為變流設備，調整直流逆變符合並網要求。電子器件在開關狀態時，狀態變換頻繁，所以電量信號會出現復雜波形，形態的穩定性較差。在安裝BS622弧光保護系統後，可以單純檢測胡光信號，如果大功率元件因故障問題導致損壞，可以通過裝置直接切斷電源，電弧燃燒後就可以立刻切除故障，故障處理速度有著很大的提升，也可以恢復供電，降低發電損失。
在使用變流設備保護時，弧光保護使用光判據，在開關器件、儲能電容、濾波電感設備上安裝弧光探頭，一旦設備損壞發生閃弧問題，可以通過弧光保護檢測湖光信息，將跳閘信號維持在2ms內，切斷直流電源，避免因設備損壞導致的其他設備事故，降低事故發生范圍。
四、發電母線的弧光保護應用
新能源發電與傳統發電的最大差別就是穩定性，太陽能根據光照時間決定變化情況，風能根據氣壓與天氣因素決定變化情況，而風速則是隨時變化的一種能源。這種特性決定了新能源發電系統的潮流變化，甚至在發電過程中，可能出現方向的變化，風力發電設備就可以在變化較大的環境中進行發電。並入新能源的原有發電系統提高了母線保護難度，不穩定的電壓與潮流變化導致電量採集更加困難。採取弧光保護，可以將非電量的指標作為主判據，而電流突變數則成為輔助判據，這些因素並不會受到太陽能與機械能的影響。弧光保護的母線應用結構。
在保護階段，弧光保護通過雙判據採集進線處電流，在母線出現故障、損壞後，可以在10ms內切斷輸入電源，保證不會因為閃弧問題燒毀母線，電源系統的安全性也有很大提升。
五、結語
新能源發電技術不斷成熟，其總體發電比例也在不斷增加。新能源機組與傳統發電機組截然不同的特性，導致弧光保護對電力系統運行的影響逐漸增加，而傳統繼電保護無法滿足新型電網系統的發展需求，bilsum弧光保護以其眾多的保護優勢，逐漸在新型電網系統中得到應用。弧光保護可以加快保護速度，在實際發電系統的應用過程中，可以發現使用弧光保護系統後，電網系統穩定性與可靠性均有極大提升，母線運行更加安全，非常適合在新能源發電中進行應用。
B. 電弧光保護裝置是否能彌補母線缺陷
目前，380伏/1千伏/3千伏/6千伏/10千伏/35千伏開關櫃中沒有專用的母線主保護，但在國外電力行業已經普及95%以上；國內採用變壓器過流保護用於母線後備保護，理論上必須延時300～500毫秒，實際上動作時間可能長達1.5～2秒，起不到對母線的真正保護，並且使變壓器低壓側絕緣有較大的結構性損壞，所以目前的母線後備保護是有缺陷的。
從保護設計的系統可靠性來看，變壓器、進線、饋線都有主保護，唯獨母線沒有專用的主保護，我們認為母線應該增加專用主保護。雖然母線故障出現概率較低，但一旦出現將損失慘重。因此，從技術、設計方面建議配置母線專用主保護，以確保操作人員的人身安全及系統的安全、穩定運行。
開關設備內電弧光產生的人為原因有誤入帶電間隔、隔離開關誤操作、帶接地線合閘、忘記測量工作區內的電壓。技術原因有設備故障和帶電設備的誤操作，設備正常檢修後，遺漏工具在開關設備內，錯誤的接線和母線連接，絕緣老化和機械磨損、過電壓、小動物（尤其是老鼠）、灰塵、溫度、濕度、腐蝕等環境因素。如果在開關櫃內發生電弧光故障，由於開關櫃中的空氣壓力和溫度迅速增加，如果不及時切除，將造成人員傷亡、設備損壞等重大損失。
中、低壓開關櫃是供電系統的供電樞紐。在發生內部故障時，是否能迅速地切除故障，對配電系統的安全運行至關重要。但是，按目前的保護方案，中壓母線尚沒有配置任何專門的保護，而是由進線開關的相關後備保護來兼顧的；但是進線開關與出線開關的保護需要相互配合；一般速斷保護延時的級差至少為300毫秒，甚至500毫秒或更長；而過流保護的配合級差更是長達1～2秒。所以，配電系統中、低壓母線上所發生的任何故障都至少要延時切除。
換句話說，現有的廠用中、低壓母線能在第一時間切除故障的保護還是個空白。可是，我們只要稍加註意，就會發現，不論是中、低壓（開關櫃）母線的上游還是下游的諸多電氣設備都配有快速保護。相比之下，中、低壓母線的安全性和可靠性卻沒有得到足夠的重視。鑒於中、低壓母線的重要地位，任何故障的延時切除，都是我們極不願意看到的狀況。因為開關櫃內的各種故障，其短路電流所產生的電弧及其大量的高溫，使櫃內氣體急劇膨脹，可在極短的時間內達到頂峰，嚴重危及人身和設備安全。
電弧光保護系統利用弧光和電流雙重判據，快速可靠地切除中、低壓開關櫃母線上及配電設備發生的弧光短路故障，彌補現有開關櫃母線保護的空白。它可以減少開關及上游變壓器設備的損害，縮小事故障范圍；避免或減輕工作人員在發生電弧短路故障時所造成的傷害；保護中、低壓開關設備免受嚴重損壞，防止火災的發生；保護昂貴的主變壓器或廠用變壓器免受短路電流沖擊而損壞；最大限度地減少用戶的停電時間。在第一時間內切除母線和開關櫃內部故障，盡可能地縮短電氣設備的恢復供電時間；延長現有開關設備的使用壽命，推遲更換開關設備的投資。確保電氣設備的安全，以及全廠的安全、可靠運行。
一旦發生電弧光故障，這一裝置可以迅速可靠動作，切除故障電源，准確定位故障點。對於變電所、大型企業用電的各種運行方式，可以具體情況和客戶需要靈活配置，適應性強。BS622 電弧光保護綜合測控系統是我公司根據市場需要開發的新一代產品，系統動作準確，反應靈敏，可靠性高。BS622 採用分布式模式設計，適合作為中低壓母線保護，具備靈活的組網特性。其中饋線保護單元可獨立形成最小化保護系統，單獨保護饋線以減小事故停電范圍。饋線單元也可運行於集中監控模式，通過某一主單元與調度通信。BS622 電弧光保護採用檢測弧光和電流為輸入量，可單獨做為過流保護，純弧光保護，及弧光與過流雙判據保護。本系統具有原理簡單、動作可靠迅速、對一次設備無特殊要求、適應於各種運行方式的優點。BS622 是發電廠、變電站、工業及商業配電系統 380V～35kV 中低壓母線保護的理想解決方案。使用 BS622 電弧光保護，可以快速切除故障，從根本上限制故障電弧延續時間，消除其對人身的危害，最大限度地降低弧光對電氣設備的損壞程度，避免主變壓器等設備長時間遭受短路電流的沖擊而損壞，阻斷故障的擴大。
C. 電弧光保護在熱電廠10KV廠用電系統的應用與分析
摘要：介紹了電弧光產生、危害及電弧光保護的原理和組成，對發電廠10KV中壓廠用電系統保護的現狀及存在盼不足進行了分析，以福建省東南電化股份有限公司熱電廠為例，討論了10kV廠用電系統電弧光保護裝置的設計應用方案．
關鍵詞：電弧光保護；母線保護；必要性；
1電弧光
1．1電弧光的產生當兩電極間電壓升高時，在電極最近處空氣中的正負離子被電場加速，在移動的過程中與其它空氣分子碰撞產生新的離子，這種離子大量增加的現象稱為「電離」．空氣被電離的同時，溫度隨之急劇上升產生電弧，這種放電稱為弧光放電．弧光放電一般不需要很高的電壓，當兩點之間的電壓超過其空氣絕緣強度極限時就會發生，只要兩端的電壓提供的能量足以補償熱損耗並維持適當的溫度條件，電弧將會持續發生．類似地，如果電路兩相發生短路故障也可以產生電弧．
1．2電弧光的危害電力系統中發生故障而產生的電弧光會造成開關設備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時切除、將可能造成重大危害．故障時電弧光發生產生的氣體會導致開關設備劇烈振動，固定元件松脫，造成一次、二次設備嚴重污損，絕緣電阻為零．甚至開關櫃爆炸導致人員傷亡；故障時電弧光發生產生的高溫會導致銅排、鋁排、電纜熔毀，絕緣護套著火，燃燒產生的有毒煙氣傷害呼吸系統，高溫灼傷皮膚，強光刺傷眼睛．
2電弧光保護
2．1電弧光保護的原理供、配電系統遭受感應雷入侵造成各種短路事故，各種人為誤操作引起的事故和操作過電壓造成的人員傷亡和設備損壞等都會以瞬間擊穿和短路，引起爆炸、燃燒產生電弧光的形式表現出來，電弧光它不僅會對設備造成嚴重毀滅性的破壞，還會對人身安全構成直接威脅．這種破壞和威脅是由於電弧光本身的特性所決定的．如圖1和表1所示：根據電弧光特性原理可知，如果能在100ms內切除故障，就能最大限度的降低對人身和設備造成的損失．母線電弧光保護系統，突破了常規保護的判據原則，率先採用了檢測弧光和電流兩個非關聯參數(電量和非電量)作為判據(如圖2所示)；當檢測到弧光或者電流增量時發出報警信號，並不發出跳閘指令．當故障時電弧光發生，裝置會發出lms跳閘輸出信號，迅速切斷故障源，這個速度遠遠快於傳統的母線保護，加上斷路器35---60ms的跳閘時間，這樣開關櫃內部切除故障的時間完全可以控制在100ms以內．因此，電弧光保護系統可以大大降低故障造成的經濟損失，確保操作人員安全，為快速處理故障、恢復供電創造條件．
2．2電弧光保護的的系統組成母線電弧光保護系統主要由主控單元BS622(管理控制整個系統)、電流單元(電流檢測單元)、弧光單元(電弧光檢測單元)、弧光感測器(把光信號轉換為電信號傳給弧光單元或主控單元1、電源模塊及連接各部件之間的光纖和數據線組成．
3電弧光保護的必要性
3．1現階段10KV中壓母線保護存在的問題
發電廠廠用10KV中壓母線是全廠輔機和供電系統供電樞紐，當母線發生故障時，將使連接在母線上的所有元件在修復故障母線期間或轉換到另一組無故障母線運行以前被迫停電，還可能引起系統穩定性的破壞，造成嚴重後果．隨著電力系統的不斷發展，對母線保護的快速性、可靠性、靈敏度等要求越來越高．
根據IEC298標准和國標GB3906—1991的規定，10KV中壓開關櫃承受的內部燃弧時間僅為lOOms，任何時間的延長都會超出開關櫃設計承受的極限．
中壓母線在國標《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》(GB50062-92)中沒有專門要求對中壓母線配備專用保護．而是利用進線開關的後備保護來兼顧的．但進線開關與出線開關的保護需要相互配合：一般速斷保護延時的級差至少為300毫秒，甚至500毫秒；而過流保護的配合級差更是長達1—2秒．導致在發生母線短路故障時未能在第一時間切除故障，變壓器後備過流保護，是現階段採用的最廣泛的中壓母線保護，其通常保護動作時間定值為1秒以上，顯然速度上遠遠無法滿足快速切除母線故障的要求．
3．2 10KV中壓母線故障幾率較高
1OKV中壓母線配電系統由於系統出線多、操作頻繁、三相導體線間距離與大地的距離比較近，運行條件惡劣，系統運行方式改變頻繁，人為誤操作也更容易發生，因此10KV中壓母線的故障幾率遠遠超於高壓母線的故障幾率，這已是不爭的事實．據報道，我國電力系統每年中壓手車櫃就有幾百面被燒毀．究其原因大多是因為沒有裝設專門的中壓母線保護，未能快速切除故障造成的．所以，為了保證變壓器及母線開關設備的安全運行，根據繼電保護快速性的要求，迫切需要配置專用中壓母線保護．
3.3母線弧光保護的可靠性
電弧光保護系統測量的電和光是兩個不同的物理性質的參數，採用光信號和故障電流信號雙判據的動作原理決定了它的誤動作率比系統中其他主保護(進、饋線、變壓器等)要小得多．動作迅速可靠，開光櫃內的故障切除時間可控制在lOOms以內，遠快於傳統母線保護，可將故障損失降低到最小．BILSUM的電弧光保護裝置已在實際的項目上運行多年，可在有燃弧時候精確拉閘，使用起來非常穩定。
4 結論
10KV中壓開關櫃弧光短路故障事故時有發生，裝設專門的中壓母線保護裝置是十分必要的．電弧光保護系統可以快速而有選擇的切除故障，從而最大限度的減少弧光短路對設備的危害，提高供電的可靠性，實際應用效果良好．
D. 開關櫃弧光保護裝置
概述
在110KV變電站的中低壓母線一般不配置母線保護，近年來為了有效抑制變電站中低壓母線開關設備損壞及母線和斷路器故障引起主變壓器損壞的發生，越來越多的變電站中低壓開關櫃配置電弧光保護。通過弧光保護裝置可以快速地切除故障點，保證系統的安全穩定運行。
應用范圍
適用於電力開關櫃中，引入電弧光保護裝置，可以捕捉到電氣弧光，並快速地切除故障點，保證電力系統的安全穩定運行。
主要特點
1、動作迅速可靠
採用了可靠的快速演算法，可以在短時間內判斷弧光變化信號和電流變化信號並迅速出口，從發現故障到出口跳閘時間間隔優於10ms，確保開關櫃內設備的弧光在75ms以內切除。
2、全數字化設計
本裝置採用全數字化設計，配置靈活，動作精度高，而且排除了由於旋鈕或其他機械設計導致的誤差隱患。
3、保護原理簡單、合理
根據弧光產生時的特點，裝置採用弧光和電流雙重判據，判據簡單且可以有效的保證動作的准確性。
4、強大的電氣性能
弧光探頭設計、連接線等全部採用耐高溫、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的標准，保證了弧光保護系統的整體穩定性和動作的可靠性。
5、故障信息記錄全面
在故障弧光發生並引起裝置跳閘後，主控單元或饋線保護單元可以准確的記錄弧光探頭檢測到故障弧光的位置信息，且可以詳細記錄動作時刻的三相電流值。
6、多種輔助保護功能
主控單元不但有弧光保護，還有斷路器失靈等輔助保護，這些保護是弧光保護的合理配置和有效補充。
主要作用
1、減少或降低電弧光對於人體的傷害；
2、減少或降低電弧光短路故障對於設備的損害；
3、避免變壓器因近距離母線故障造成動穩定破壞，延長變壓器的使用壽命；
4、縮短電弧光故障切除時間，避免波及站內直流系統造成重大損失；
5、減少因電弧光故障造成設備停運的時間，更快地恢復供電。
E. 電弧光保護裝置在配電系統中的重要嗎
「安全即效益」配置bilsum弧光保護的核心理念。貼合用戶需求，全方位多功能，給激進中低壓母線及開關櫃帶來更安全的運行維護，為您的效益空間提供保證。 Bs622中低壓母線弧光短路快速維護系統以智能電網的發展為方向，結合國外先進的智能電網產品設計理念，為客戶提供具有前瞻性和最優性價比的弧光維護裝置及完善的維護配置方案。
弧光保護產品的重要性：
發電廠、大用戶廠用及配電系統中低壓開關櫃眾多，整個供電系統的核心設備，對全廠/配電系統的平安運行至關重要。但是目前慣例的維護配置方案，中低壓母線沒有配置專門的維護，通常由進線開關的後備維護整定來實現；並且進線與出線開關的維護需要相互配合，所以廠用/配電系統的中低壓母線故障要經過延時切除。一般速斷保護延時的級差至少為300ms甚至500ms ;而過流保護的配合級差更是長達12秒。
鑒於中低壓母線在配電系統中的重要地位，任何故障的延時切除，都將嚴重危及人身和設備安全，造成巨大的損失，所以對中低壓母線的運行維護有充分理由予以重視。
同時，故障電弧光具有發展迅速、不可預測、破壞力大、極易傳播的特點、電弧中心溫度逾越一萬攝氏度，弧光的光強度可以逾越正常的照明光強2000倍。因此，對故障電弧光早發現、早處置成為抑制電弧光發展的關鍵，只有盡力爭取每一毫秒使供電斷路器跳閘切除故障，才幹夠使設備和人身平安得到最大限度的維護。
F. 採用電弧光保護產品的重要性
首先是可以避免短路故障時產生的電弧光對人員及設備造成極大的危害。其次是可版以避免電弧光短路事故權造成大范圍的停電及恢復供電時間延長。最後，從經濟方面看，由於短路時所產生的電弧光造成的損失遠高於中低壓母線故障保護裝置的投資；中低壓母線保護裝置雖不能阻止電弧光發生，卻能快速的切除母線短路故障，使工作人員、電氣設備在最大程度上免受傷害。
G. 電氣系統中弧光保護裝置的具體作用是什麼
快速滅弧，防止高溫燒毀設備，以及不能及時斷路