一種電力設備的弧光保護方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統保護領域，具體為一種電力設備的弧光保護方法。
【背景技術】
[0002]隨著電網的快速發展，IlOkV及以上電壓等級均已有比較成熟的保護措施，6kV(1kV)到35kV這個電壓等級范圍內廠用中壓配電開關柜為全廠輔機/供電系統的供電樞紐，在發生內部故障時是否能迅速切除故障，對全廠(變電站)配電系統的安全運行至關重要，但是按目前的保護方案:在電力系統中，35kV及以下電壓等級的母線由于沒有穩定問題，一般未裝設母線保護。然而，由于中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導體線間距離與大地的距離比較近，容易受小動物危害，設備制造質量比高壓設備差，設備絕緣老化和機械磨損，運行條件惡劣，系統運行條件改變，人為和操作錯誤等原因，中低壓母線的故障幾率比高壓、超高壓母線高得多。但長期以來，人們對中低壓母線的保護一直不夠重視，大多采用帶有較大延時的后備保護來切除母線上的故障，往往使故障被發展、擴大。
[0003]鑒于中壓母線的重要地位，任何故障的延時切除，都是我們極為不愿意看到的現狀，因為開關柜內的電弧光發生時廣生的尚溫、尚壓、弧光、振動、爆破音給開關柜等相關設備造成嚴重的損傷，甚至波及到變壓器，造成變壓器的燒毀，嚴重危及人身的安全，從而造成巨大的經濟損失。如2009年安徽電力公司某供電局220kV變電站35kV開關柜誤操作電弧光事故造成一人死亡；2009年重慶某電廠廠用電進線柜電流互感器絕緣電弧光故障造成停機及廠用變壓器返廠維修；2011年云南電網公司“2.24”事故，怒江供電局某變電站因電弧光事故造成一人死亡。
[0004]由于多年運行表明中低壓配電柜內部弧光保護對人身及設備帶來極大的損害，各國電力專家開始對電弧光故障進行研宄及認識。國際電工委員會IEC修訂了其IEC60298-2003標準了中壓開關柜內部電弧光故障產生的原因、解決方案及測試方法，加拿大電力和電子制造商協會(EEMAC)制定了在內部弧光故障的條件下金屬鎧裝開關柜電阻的測試規則，美國出版了 IEEE C37.20.7中壓金屬鎧裝開關柜內部弧光故障的測試導貝1J。此外美國在電力職業安全生產方面針對電弧光弧閃事故建立了相關標準和要求，美國國家防火協會(NFPA)，作為美國國家電力規范(NBC)的一個補充，制定了 NFPA 70E-2004職業電力安全要求標準。國內根據IEC60298-2003標準制定我國現有標準GB 3906-2006《3.6kV?40.5kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》，定義了內部電弧級開關設備和控制設備(IAC)，其內部故障電弧試驗規定為必做的型式試驗。
[0005]近年來由于對內部故障電弧特征參數的不斷了解，中壓開關柜相關新標準對防弧光故障要求的不斷提高，國內一些專家一直強調裝設專用中低壓母線保護的重要性，用戶也希望可以提供一種造價偏低，原理簡單，適用于6-35kV的母線保護，以最大限度減小母線故障對設備的損害，提供供電可靠性，作為最快速度的專用母線弧光保護系統應運而生，它不僅能很好地應用于新裝開關柜里也能方便地加裝到已運行的開關柜中，其目標就是在第一時間里切除弧光故障使人身傷亡及設備損害降至最低，與其他專用母線保護相比有價格優勢。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種流變化不大時的保護問題，提出一種可以在弧光故障剛發生時有效進行監測、處理的弧光保護方法。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案:
[0008]本發明一種電力設備的弧光保護方法，對電力設備運行時聲波信號和光波信號進行與邏輯判斷，通過快速繼電器，輸出到斷路器。這種判斷方法并不將電流信號作為主要判據，從而對設備內部故障不引起電流變化的事故或隱患進行保護動作。還可以參考電流信號，以電流信號和“與邏輯”結果進行“或操作”判斷，從而輸出最終結果。
[0009]所述聲波信號的正常音頻信號為20?20kHz，超聲波信號為20k?1GHz，所述光波信號指波長為200?400nm的紫外線。
[0010]由于正常工作時和異常工作時均有聲音發出，而且考慮到周圍雜波、噪聲的影響，此時聲波信號閾值一般可設置為正常工作時幅值信號的(3-10)倍，由于普通條件下光強比較弱，因而光波信號閾值一般可設置為正常工作時幅值信號的(5-100)倍，此時進行與操作，參考電流信號情況，可以為或邏輯，從而通過快速繼電器輸出信號。
[0011]本發明設計的運用聲光電等特征判斷電力設備電弧放電及機械震動、異常位移類故障的方法依據的原理之一是，利用聲波和震動波對電力設備內部，進行電弧放電及機械類故障檢測。
[0012]本發明依據的原理之二是，電力設備過電壓、器件老化、鐵芯異常、繞組損壞、接觸不良、電動力抖動等原因造成的電弧放電。本發明依據的原理之三是，變電設備或輸電桿塔由于異常震動機械位移產生的震動波，電磁類設備不僅有鐵芯磁致伸縮現象，還有器件受電動力等情況下的抖動和共震現象。如變壓器鐵芯振動信號主要集中在100?400Hz，設備正常運行的震動波可認定為正常波，反之偏離這個頻譜段則為異常。此時設備應有器件松動、近區短路、接觸不良等原因造成的機械性嚴重震動缺陷。
[0013]平常意義上的聲波，主要包括頻率范圍為(O-1OT)Hz的波形，各頻段的波形定義如下:(0-20)Hz為次聲波，(20-20k)Hz為正常音頻信號，(20k_lG)Hz為超聲波信號，(IG-1OT)Hz為甚超聲波信號，配電柜正常運行時的幅頻特性圖由圖2所示，正常工作頻率主要在200Hz附近，其幅值也是最大的，當異常運行時幅頻特性圖如圖3所示，工作頻率主要在250Hz附近，其幅值也是最大的，此時工作頻率發生偏移，而由圖4可知，紅銅與紅銅之間光譜幅值最大在340nm附近，鐵與鐵之間光譜幅值最大在310nm附近，黃銅與黃銅之間光譜幅值最大在520nm附近，鋁與鋁之間光譜幅值最大在390nm附近，從常見材料特性可知:常見材料的波長基本上都是屬于波長(200?400) nm的紫外線。
[0014]本發明所達到的有益效果是:本發明主要考慮早期發現設備電弧放電類故障，出現異常后，表明設備存在隱患。
[0015]本發明，提供了一種流變化不大時的保護問題，提出一種可以在弧光故障剛發生時有效進行監測、處理的弧光保護方法。可以有效保護附近工作人員免遭電弧光對人身的傷害，保護中低壓設備免受嚴重破壞、防止火災發生；保護主變壓器或者廠用變壓器免受嚴重沖擊而損壞；防止波及占用直流系統，造成巨大的經濟損失；最大限度地減小用戶的停電時間(用戶停電恢復時間，由原來的幾個星期或幾天減少至幾個小時以內)，延長現有開關相關設備的使用壽命。
【附圖說明】
[0016]附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0017]圖1是本發明的流程框圖；
[0018]圖2是本發明中電力設備正常運行時的幅頻特性圖；
[0019]圖3是本發明中電力設備異常運行時的幅頻特性圖；
[0020]圖4是發生弧光故障時的波長圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0022]實施例
[0023]如圖1所不的一種電力設備的弧光保護方法，對電力設備運行時聲波信號和光波信號進行與邏輯判斷，所述聲波信號的正常音頻信號為20?20kHz，超聲波信號為20k?1GHz，所述光波信號指波長為200?400nm的紫外線，通過快速繼電器，輸出到斷路器。還可以參考電流信號，將電流信號和“與邏輯”結果進行“或操作”判斷，從而輸出最終結果。
[0024]由于正常工作時和異常工作時均有聲音發出，而且考慮到周圍雜波、噪聲的影響，此時聲波信號閾值一般可設置為正常工作時幅值信號的(3-10)倍，由于普通條件下光強比較弱，因而光波信號閾值一般可設置為正常工作時幅值信號的(5-100)倍，此時進行與操作，參考電流信號情況，可以為或邏輯，從而通過快速繼電器輸出信號。
[0025]電力設備過電壓、器件老化、鐵芯異常、繞組損壞、接觸不良、電動力抖動等原因造成的電弧放電。設備正常運行時的聲頻如圖1所示，異常時的放電聲頻如圖2所示。圖4發生弧光故障時的波長圖。
[0026]最后應說明的是:以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種電力設備的弧光保護方法，其特征在于，對電力設備運行時聲波信號和光波信號進行與邏輯判斷，通過快速繼電器，輸出到斷路器。
2.如權利要求1所述的一種電力設備的弧光保護方法，其特征在于，將電流信號和“與邏輯”結果進行“或操作”判斷，從而輸出最終結果。
3.如權利要求1所述的一種電力設備的弧光保護方法，其特征在于，所述聲波信號的正常音頻信號為20?20kHz，超聲波信號為20k?IGHz。
4.如權利要求1所述的一種電力設備的弧光保護方法，其特征在于，所述光波信號指波長為200?400nm的紫外線。
5.如權利要求1所述的一種電力設備的弧光保護方法，其特征在于，所述的聲波信號的閾值為電力設備正常工作時的聲波信號幅值3?10倍。
6.如權利要求1所述的一種電力設備的弧光保護方法，其特征在于，所述的光波信號的閾值為電力設備正常工作時的聲波信號幅值5?100倍。
【專利摘要】本發明一種電力設備的弧光保護方法,對電力設備運行時聲波信號和光波信號進行與邏輯判斷，通過快速繼電器，輸出到斷路器。這種判斷方法并不將電流信號作為主要判據，從而對設備內部故障不引起電流變化的事故或隱患進行保護動作。還可以參考電流信號，以電流信號和“與邏輯”結果進行“或操作”判斷，從而輸出最終結果。可以在弧光故障剛發生時有效進行監測、處理的弧光保護方法，有效保護附近工作人員免遭電弧光對人身的傷害，保護中低壓設備免受嚴重破壞、防止火災發生，最大限度地減小用戶的停電時間，延長現有開關相關設備的使用壽命。
【IPC分類】H02H7-22
【公開號】CN104617564
【申請號】CN201510028320
【發明人】丁心志, 劉柱揆, 許守東
【申請人】云南電網有限責任公司電力科學研究院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月20日