摘要：电气拉弧是电力和工业企业经常会发生的故障，发生率高，危害性大，甚至造成人身伤亡、设备损毁，严重影响生产运行工作。文章分析了电弧光产生的原因及危害，介绍了目前现有低压母线系统中常用的保护类型及不足，并系统地阐述了中低压母线电弧光快速保护的原理及特点。
关键词：中低压母线电弧光,电气拉弧,快速保护设计,低压母线系统
一、概述
现代化工业的发展对供电的安全性和可靠性要求越来越高。对于输电线路、发电机、电动机、变压器、和馈线柜等电气设备，母线在它们之间的桥梁作用越来越重要。目前在我国电力系统220kV及以上电压等级的母线上，为满足电力系统暂态稳定性的要求，一般均装设有专门的快速母线保护装置，母线故障可以有选择地快速切除;110kV电压等级的母线，视其重要性和复杂程度，选择性装设母线保护;而35kV及以下电压等级的中低压母线，无论其馈线多少，复杂程度如何，一般都不装设专门的母线保护。但是中低压、配电系统的安全稳定直接关系着电网的安全运行，直接影响着工业企业安全生产，通过对大量工业事故的分析，完备的中低压保护系统是安全生产的有效保证;过去因多方面原因而被忽视的中低压母线保护，越来越受到电力行业的关注和重视。
二、电弧光产生的原因及危害
母线绝缘子绝缘老化，断路器、隔离开关的机械磨损和变压器进出线中绝缘套管发生的闪络、运行人员误操作、小动物危害、灰尘、温度、湿度、腐蚀等因素，导致母线与变压器、开关柜等一次重要设备发生相间或其他短路故障，故障电流在释放过程中演变成具有巨大能量的电弧光。
电弧光的能量巨大，可严重烧损开关设备，引起火灾，造成长时间、大面积的停电;除了经济上的损失，还会造成人员伤亡。表1中列举了一些电弧光对设备及人员的危害：
三、选用中低压母线保护的必要性
通过表1可以明显看出短路故障时产生的电孤光对人员及设备造成的危害，所以当中低压母线发生故障时，选用适合于母线短路故障的保护方法，快速切除故障，避免事故发生，减小经济损失已经引起越来越多运行人员的重视，其必要性主要体现有：
1.避免发生短路故障时产生的电孤光对人员及设备造成的极大伤害。
2.避免电孤光短路事故造成大范围的停电及恢复供电时间延长。
3.从经济角度考虑，由于短路时所产生的电弧光造成的损失远高于中低压母线保护装置的投资。
四、现有中低压母线保护类型及分析
1.变压器后备过流保护方案。这是目前我国应用最广泛的中低压母线保护方案。由于考虑了与馈线和母线分段开关的配合，保护跳闸时间一般整定为1.0～1.4s，有的甚至更长。这一动作速度显然不能满足快速切除中低压母线故障的要求。
2.馈线过流保护闭锁变压器过流保护方案。这是今年来微机过流保护在中压馈线的广泛应用，国外提出的利用馈线过流元件闭锁变电器过流保护的应用较为广泛的过流闭锁式保护方案。这一方案与变压器后备过流保护方案相比，其动作速度有了一定提高，典型动作时间为300～400ms，但仍不满足快速切除故障的要求。
3.采用环流原理的高阻抗母线保护方案。该种方案典型的保护动作时间为35～60ms，较上述两种保护方案动作时间大大缩短，但此方法接线复杂，对CT要求高，安装在有很多出现的380V～35kV母线上有很多困难，且经济性不高;加之由于其保护范围由于受到CT安装位置的限制，其保护范围有很大的局限性。
上述中低压母线保护虽然在保护跳闸时间上有了很大的提高，但是从实际情况看，只有总的切除时间在85ms以内时，才能避免中低压母线与电力一次设备短路时，电弧光对设备所造成的伤害。所以，应引入专用于中低压母线保护方案。
五、中低压母线电弧光快速保护原理及特点
1.中低压母线电弧光快速保护原理。中低压母线电弧光保护系统动作的主要依据是弧光，过电流。当同时检测到弧光和电流增量时系统发出跳闸命令，快速、可靠地切除母线故障。系统由主单元、辅助扩展单元及弧光传感器组成，原理如图1、2所示：
图1、2 中低压母线电弧光快速保护原理示意图
主单元—包含有过流检测、弧光检测，它通过检测短路电流和来自电弧光传感器的动作信息，并对收集的数据进行处理、判断，在满足跳闸条件时，发出跳闸命令以切除故障。此外，主单元可根据辅助装置传送来的弧光传感器动作信息，提供弧光故障点的定位报警信息。
辅助扩展单元—包含有电流检测和跳闸功能。在接收来自主单元的动作信息，在满足跳闸条件时，发出跳闸命令，切除故障。另外，当系统发生弧光故障时，该单元收集来自弧光传感器的动作信息并传送给主单元，在主单元上显示辅助扩展单元和弧光传感器的地址编码，有利于及时准确定位故障点，为检修提供便利条件。
弧光传感器—专用于母线保护的弧光传感器安装在开关柜的母线室内，它作为光感元件，将检测在发生短路故障时产生的电弧光，并将光信号转换成电流信号传送给辅助扩展单元。
2.中低压母线电弧光快速保护特点。
(1)通过检测电弧光信号，整套母线的保护动作时间只有5～7ms;采用检测弧光信号、过流双判据原理，可实现保护的可靠动作;整套系统连续自检，充分保证整套系统工作的安全性和可靠性。
(2)控制部分可显示弧光发生点位置，方便快速地处理故障、恢复供电，从而达到故障点的精确定位。
(3)通过交换弧光、过流等信息，可适用于各种运行方式，实用性强，安装灵活。
(4)扩展性强，可根据现场设备数量灵活增减辅助扩展单元和弧光传感器的数量。今后系统改建或者扩容均不会影响弧光系统的运行。
六、弧光保护产品的重要性
现代工业的发展，对供电的安全性和可靠性要求越来越高。对于输电线路、发电机、电动机、变压器和馈线柜等电气设备，母线在它们之间的桥梁作用越来越重要;目前在我国220KV以上电压等级的母线上，为满足电力系统暂态稳定性的要求，一般均装没有专门的快速母线保护装置，母线故障可有选择地快速切除，110KV电压等级的母线，视其重要程度和复杂程度，有些装设专门的母线保护，有的则不装;而35KV一下电压等级的中低压母线，无论其出线条数多少、复杂程度如何，一般都不装设专门的母线保护。但是中低压变、配电系统的安全稳定直接关系着电网的安全运行，直接影响着工业企业安全生产，通过对大量工业事故的分析，完备的中低压保护是安全生产的有效保证;过去因多主面原因而被忽视的中低压母线保护，现在越来越受到电力行业的关注和重视。鉴于中低母线在配电系统中的重要地位，任何故障的延时切除，都将严重危及人身和设备安全，造成巨大的损失，所以对中亚母线的运行保护有充分理由予以重视。
同时，故障电弧具有发展迅速、不可预测、破坏力大、极易传播的特点、电弧中心温度超过一万摄氏度，弧光的光强度可以超过正常的照明光强2000倍。因此，对故障电弧光早发现、早处理成为抑制电弧光发展的关键，只有最大限度缩短故障切除时间，才能够使设备和人身安全得到最大限度的保护。下表列出弧光切除时间对设备的损害程度：
结束语：
电弧光保护系统改进了传统母线保护的概念，在保证可靠性的同时极大的提高故障处理速度，可以有效解决短路故障弧光所造成的危害，减少设备维护及人员伤亡，提高电力系统的安全性及经济效益。
在电力系统中，经常会有开关柜被烧毁的现象，造成了巨大的经济损失;更严重的是，每年都会有多名电力工程师或电工被电弧击伤，而如何更好地保证人身安全，保证供电系统的稳定可靠运行是至关重要的。如何快速检测到事故发生时产生的弧光，通过对弧光判断分析，快速切除故障，将会是解决上述问题的最好方法。因此中低压母线电孤光快速保护系统必将得到更广泛的推广和应用。
参考文献
[1] 王德志，张爱萍.电弧光保护在应用实践中的改进[J].电力系统保护与控制，2009，37(24).
[2] 姜琳，沈有昌，杨奇逊.微机保护抗干扰研究[J].电力系统自动化，1998，25(12).
