智能弧光综合保护系统

1.1概述

中、低压母线发生短路故障时，所产生的电弧光会对设备及人员造成的伤害 。但是目前在国内中低压母线系统中一般不配置专用的快速母线保护，而是依赖上一级变压器的后备保护切除母线短路故障，这样导致了故障切除时间的延长，加大了故障对设备的损伤程度。破坏严重时可能造成事故进一步扩大，威胁到整个变配电系统的稳定运行。该问题已引起业内人士的高度重视。

1.2弧光危害

1.2.1弧光产生的原因

电力系统中，由于下列原因可能在开关设备内部造成短路故障并产生弧光：

绝缘老化、机械磨损

灰尘、温度、湿度、腐蚀小动物（例如鼠害）等环境因素 过电压

设备故障

人为误操作

错误接线

1.2.2弧光的危害

弧光一旦产生，其危害程度取决于电弧电流强度与故障持续时间。研究发现弧光产生的能量与电弧电流和故障持续时间成指数规律快速上升（如下图）。

上图直观的展示出，弧光故障持续的时间越长，弧光产生的能量就越大。经测定，弧光中心最高温度约为20000℃，如若故障总切除时间大于100毫秒，轻则设备局部烧毁，重则造成开关柜爆炸乃至人员伤亡。由于各开关柜之间存在电气连接，严重的弧光事故很可能造成“火烧连营”的重大事故。因此，为了保证设备不受结构性损伤，要尽量缩短故障切除时间。

1.3安装必要性

1.3.1燃弧时间与设备损坏程度对比表

燃弧时间 设备损坏程度 

35毫秒 设备没有显著的损坏，一般在检验绝缘电阻后可再次投入使用 

100毫秒 设备损坏程度较小，在设备再次投入运行前需进行清洁和小范围维修 

500毫秒 设备严重损毁，现场人员会遭受严重伤害，须更换部分或全部设备才可以投入运行 

1.3.2目前国内中、低压母线保护及其局限性

按照我国现行的继电保护设计标准，在中低压母线系统中一般不配置专用的快速母线保护。然而，由于受到中低压母线上的出线较多，操作频繁，三相导体线间距离与大地的距离较近，容易遭受小动物危害，设备制造质量比高压设备差，设备绝缘老化和机械磨损，运行条件恶劣，系统运行条件改变，操作错误等诸多原因的影响，中低压母线的故障几率比高压、超高压母线要高得多。但长期以来， 人们对中低压母线的保护一直重视不够，大多是依赖上一级元件（如变压器）的后备过流保护来切除母线短路故障，导致了故障切除时间长，致使故障发展、 扩大，从而造成巨大的经济损失。据统计，我国电力系统中每年中压手车柜就有几百面被烧毁。究其原因大多是因为没有装设专门的中低压母线保护装置，未能快速切除故障而造成的。所以，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置专用的中低压母线保护装置。

MT-ZB4000系列智能弧光综合保护系统的解决了这一问题，该系统通过测定系统过电流和弧光信号，在7毫秒之内做出保护动作，用以切除母线或馈线弧光故障，保障设备及人员安全，将经济损失降到最低。

1.4应用范围

MT-ZB4000系列智能弧光综合保护系统是我公司参照国外的技术理念，结合国内电力系统实际运行情况而研制的新一代智能型弧光保护系统。

该系统包括MT-ZB4511母线保护装置、MT-ZB4512馈线保护装置、MT-ZB4511EX弧光扩展装置，和MT-VS100远程管控系统。

该系列产品主要应用于以下领域：

开关柜中低压母线段保护

开关柜馈线电缆接头保护

箱式变电站保护

整流柜保护

功能特点

MT-ZB4000系列智能弧光综合保护系统，通过检测电气设备内部发生故障时候产生弧光这一特点，结合过流闭锁这一原理，具备动作快速可靠，系统配置简单，应用范围广，适应性强等特点，是目前为理想的中低压母线及馈线保护解决方案。

2.1工作原理

智能弧光综合保护系统通过安装于开关柜内部任意位置的弧光传感器传递来的弧光信号，及检测到的电流增量作为故障判断的依据。当同时检测到特定强度的弧光和电流增量时做发出跳闸指令，同时显示故障位置。

2.2技术特点

一体化设计，安装方便，可靠性高。

采用32位工业级微处理器，速度快、精度高。

彩色大屏幕液晶动态显示，界面友好，操作简便。

关键元器件均采用进口产品。

具备故障定位功能。

独有的快速电流算法，保证电流判据的快速、可靠性。

丰富的通讯接口设计实现灵活的组网方案。

全数字化设计，无需拨码开关及电位器等机械元件进行参数设定，精度高。无振动、磨损等安全隐患。

可设定为带延时的电流保护，用作开关柜的二级过流保护。

动作判据逻辑可选，可设置为弧光加电流保护或单弧光保护。

弧光探头通过绝缘材料制成的光纤与控制装置无源连接，电气隔离及抗干扰能力极强。

具备事故记录、故障录波、遥信、电流测量、自检等辅助功能。

全金属外壳设计，有效屏蔽外界电磁干扰。

通过了“继电器质量监督检验中心” IV级电磁兼容检验。

具备独立远控系统，可通过计算机进行远程监测和控制。

2.3国内外同类产品对比

序号 技术要点 MT-ZB4000 国内外同类产品 

1 系统组成 各保护装置采用一体化设计，便于安装调试以及后期维护。 由主控、弧光、电流、电源等模块组成，安装施工复杂，不便于后期调试与维护。 

2 人机界面 彩色大屏幕液晶显示，中英文可选操作菜单，界面友好，操作简便。独有的动态故障显示，画面生动。 指示灯、数码管或字段式英文显示。界面死板，操作复杂。 

3 弧光信号 无源弧光探头探测弧光，绝缘材料光纤传递信号，速度快，抗干扰，可靠性高，保证电气隔离。 有源探头，电缆传递信号，易受外界干扰，不能保证电气隔离。 

4 故障定位 具备故障定位功能，可通过通讯接口向后台传递故障位置信息。 不具备定位功能 

5 参数设置 所有设定均通过彩色液晶界面，可靠、简便。 拨码开关或者旋钮，精度低，有震动和磨损的隐患。 

6 通讯组网 提供多种通讯接口供用户选择，支持RS-485、以太网、光纤环网等。可满足现场不同的组网需求。 通讯接口单一。 

系统组成

3.1     MT-ZB4511母线保护装置

MT-ZB4511母线保护装置适用于母线弧光保护，负责输入量的采集、测量、计算、逻辑判断等工作，实现系统的各项保护逻辑、与站内监控系统通讯，自检及其他辅助功能。

MT-ZB4511母线保护装置自身具备16路弧光输入和1路三相进线电流输入，也可配合MT-ZB4511EX弧光扩展装置进行多路弧光扩展。

当母线发生弧光故障时，MT-ZB4511母线保护装置会跳开进线柜断路器，对故障线路进行保护。

每台MT-ZB4511母线保护装置提供以下接口:

16路弧光输入

1路三相进线电流输入

4路独立开关量输出，分别用于跳闸和告警输出

1路光信号输入

1路光信号输出

远方复归输入

1路RS-485通讯接口，1路可选通讯接口（RS485、以太网、光纤环网）

3.2    MT-ZB4512馈线保护装置

MT-ZB4512馈线保护装置适用于馈线弧光保护，负责输入量的采集、测量、计算、逻辑判断等工作，实现系统的各项保护逻辑、与站内监控系统通讯、自检及其他辅助功能。

当馈线柜中发生弧光故障时，MT-ZB4512馈线保护装置会跳开该馈线柜中的断路器以切断故障源。

每台MT-ZB4512馈线保护装置提供以下接口:

3路弧光输入

1路三相进线电流输入

4路独立开关量输出，分别用于跳闸和告警输出

1路远方复归输入

2路RS-485通讯接口

 3.3     MT-ZB4511EX 弧光采集装置

当一段母线中需要探测弧光的点数超过16个点，需要采用MT-ZB4511EX弧光采集装置进行弧光采集扩展，并配合MT-ZB4511母线保护装置完成整段母线的保护工作。

每台MT-ZB4511EX弧光采集装置提供以下接口:

16路弧光输入

1路光信号输入

1路光信号输出

1路RS-485通讯接口

3.4     MT-VS110远程管控系统

MT-VS110远程管控系统是MT-ZB4000系列弧光综合保护装置的独立后台监控系统，对整个保护系统进行远程实时监控。

该系统采用面向对象的高级语言编写而成并配有数据库系统，能将故障数据保存于监控室的计算机中。同时可远程对安装于开关柜中的MT-ZB4000系列保护装置进行遥控、遥测、遥信、遥技术参数

4.1电气参数

装置电源 

额定电压 AC220V、DC220V、DC110V 

工作范围 85V～265V 

装置功耗 

装置功耗 不大于5W 

弧光检测范围 

弧光强度检测范围 100Lux～500Klux 

交流回路 

额定电流In 1A

额定频率 45～65Hz 

功率消耗 小于0.1VA 

动作整定 

相电流 0.5～10In 

精度 5% 

输出触点容量 

输出触点容量   250VAC/30VDC 

环境温度 

允许的工作温度/贮存温度 -20℃～+50℃ /  -25℃～+70℃ 

动作时间 

装置出口时间 小于7毫秒 

通讯 

通讯方式 RS-485/以太网/光纤环网 

通讯协议 ModBus@RTU/IEC103 

传输速率 ModBus最大19.2Kbps以太网最大100Mbps光纤环网最大100Mbps