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BGW-CAP电弧光综合保护系统
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BGW-CAP电弧光综合保护系统

1.1概述

在我国,中、低压母线短路故障中,重点设备和人员伤害主要有电弧光引起,然而,大多数中低压母线没有设置快速母线保护,而只是采用了简单的消弧装置和变压器后备保护。这些保护智能化较低,动作速度慢,往往会延长故障切除时间,从而进一步扩大设备损坏程度,甚至会引起“火烧连营”的恶性事故,冲击变压器一次运行,影响整个电网的安全运行。

1.2电弧光的产生

引起开关柜弧光短路故障的原因很多,一般分为以下五类
1)绝缘故障主要是柜中绝缘材料爬距不足,未满足加强绝缘要求,在脏污环境,天气潮湿下发生绝缘故障。另外,由于绝缘材料材质缺陷,运行年限较长的开关柜,在强电磁场作用下绝缘老化,也可能造成绝缘损坏而导致故障。
2)载流回路不良由于一些接头截面不够,紧固螺栓松动,手车柜触头接触不良,在大电流流过时引起发热,冒火进而引起相间,相对地击穿等等。
3)外来物体的进入如小动物(老鼠等)进入开关柜内部,或维修人员在工作完成后将工具遗留在开关柜内。
4)认为操作错误如走错间隔,误操作,未对工作区域进行接地,未对工作区域进行验电等。
5)系统方面的原因如系统容量增大,接地方式改变,电缆应用增多,保护及自控装置配置不当,系统谐振过电压等。

1.3电弧光危害

开关柜内的发生短路弧光的功率可高达100MW,电弧燃烧所产生的能量与电弧的燃烧时间及短路电流变化值呈指数倍增长(如下图所示),燃烧产生的高温、高压将会逐步摧毁元器件、铜排以及成列的开关柜,高明亮的弧光和有毒气体对人体也有巨大的伤害。

 
1.4电弧光事故造成后果

严重烧伤甚至人员死亡
75%的事故情况下有工作人员在场
更换开关柜或其他被损坏的的设备费用
由于停电及更换设备造成的生产损失

第二章系统简介

2.1产品概述

     BGW系列弧光保护系统是我公司根据国内实际情况,吸收国外电弧光保护的特点,与华北电力大学、河北大学等高校合作,针对电力系统电弧光保护而设计,研发出的一款具独特的创新技术和广泛实用性的新型电弧光保护系统。

2.2产品特点

1.   使用新型高速的32位CPU硬件平台,内嵌实时多任务操作系统;
2.   全数字化设计,无拨码开关、旋钮等机械期间,精度高;
3.   采用弧光和电流双重判据,消除误判;
4.   快速跳闸出口,优于7ms,可保证在100ms内切除故障弧光;
5.   满足所有电磁兼容(EMC)标准;
6.   全汉字显示,界面友好、操作简单;
7.   采用工业总线技术,方便现场组网;
8.   支持Modbus@RTU、Modbus-TCP等多种通讯规约;
9.   采用无源弧光传感器,光纤连接,电气隔离性能好;
10.  装置内置断路器失灵、接地、过流等辅助保护;
11.  全金属外壳设计,可以有效屏蔽外界电磁干扰;
12.  符合中国继电保护设计标准要求;
13.  详细全面的事故记录功能,可以记录最新的10条跳闸记录

2.3产品优势

1.动作迅速可靠:
    采用了可靠的快速算法,可以在短时间内判断弧光变化信号和电流变化信号并迅速出口,从发现故障到出口跳闸时间间隔优于7ms,确保开关柜内设备的弧光在100ms以内切除。
 
2.全数字化设计:
    本装置采用全数字化设计,配置灵活,动作精度高,而且排除了由于旋钮或其他机械设计导致的误差隐患。
 
3.保护原理简单、合理
根据弧光产生时的特点,装置采用弧光和电流双重判据,判据简单且可以有效的保证动作的准确性。
 

4.   强大的电气性能:

    故障弧光探头、连接线全部采用耐高温、阻燃的高分子材料,具有超强的电气隔离效果。装置完全满足EMC的标准,保证了弧光保护系统的整体稳定性和动作的可靠性。

5.   故障信息记录全面
 
    在故障弧光发生并引起装置跳闸后,主控单元或馈线保护单元可以准确的记录是哪个弧光探头检测到了故障弧光,且可以详细记录动作时刻的三相电流值以及动作时刻的故障弧光光强。
 
6.   多种辅助保护功能:
 
    主控单元不但有弧光保护,还有过流保护,接地保护、断路器失灵等辅助保护,这些保护是弧光保护的合理配置和有效补充。
 

3.1使用环境

3.1.1工作环境

Ø  温度:-40℃~+85℃;
Ø  环境温度最大变化: 1℃/min;
Ø  湿度:5%-100%;
Ø  最大绝对湿度:35g/m3
Ø  大气压力:70~100kPa;

3.1.2机械性能

Ø  机箱防护能力:防护等级不低于GB/T4208规定的IP64级别要求;
Ø  工业级产品:温度范围(-40℃~+85℃;),防磁、防震、防雷、防潮、防尘、防腐蚀;
Ø  壁挂式或柜式安装,扩展方便,

3.2电气技术参数

3.2.1额定数据

Ø  工作电压:AC220V,±20%;
Ø  频率    : 50Hz ±10%;

3.2.2功率消耗

Ø  交流电流:< 0.5VA/相;
Ø  整机功率:≤10W;
3.2.3过载能力
Ø  交流电流:  2倍过载,连续工作;
                10倍电流,5秒;
                20倍电流,1秒;

3.3主要技术指标

3.3.1交流采样

Ø  电流输入标称值:5A/1A;
Ø  交流电压电流采样精度:0.5s/1.0s;
Ø  在标称输入值时,每一回路的功耗小于0.25VA;
Ø  在标称值内,线性误差不超过±5%;

3.3.2弧光采样

Ø  弧光采样强度范围:0~999.9Klux;
Ø  弧光采样精度:    0.1Klux;
Ø  弧光采样通道数:主控:16路;
                采集单元:16路;(扩展方式连接最多120路)

3.3.3遥控输出

Ø  输出方式:继电器常开接点;
Ø  接点容量:250VAC,5A;30VDC,5A;
Ø  输入回路采用光电隔离;
Ø  接口电平0~24V;

3.3.4电源

Ø  交流85~265V宽输入范围;
Ø  整机功率≤10W;

3.3.5可靠性

Ø  设备的快速瞬变干扰试验、高频干扰试验、浪涌试验、静电放电干扰试验、辐射电磁场干扰试验均满足GB/T14598标准中试验等级要求;
Ø  平均无故障运行时间不小于50000小时;

3.4电磁兼容

3.4.1 静电放电

静电放电试验符合IEC60255-22-2的规定。
Ø  接触放电;
Ø  严酷等级:3级;
Ø  试验电压:8kV。

3.4.2 高频电磁场

射频电磁场试验符合IEC60255-22-3的规定。
Ø  终端在正常工作状态;
Ø  频率范围:80MHz~1000MHz;
Ø  严酷等级:3级;
Ø  试验场强:10V/m。

3.4.3 电快速瞬变脉冲群

电快速瞬变脉冲群干扰试验符合IEC60255-22-4的规定。
(1)终端在正常工作状态下,实验电压施加于终端的电源电压端口与地之间:
Ø  严酷等级:A级;
Ø  试验电压:4K/2.5kHz。

3.4.4 浪涌

浪涌试验符合IEC60255-22-5的规定。
Ø  严酷等级:3级;
Ø  试验电压:2kV(电源电压两端口之间);4kV(电源电压各端口与地之间);
Ø  脉冲重复率:1次/分钟

3.4.5 阻尼振荡波

阻尼振荡波试验符合IEC1OOO-4-12的规定。
Ø  电压上升时间(第一峰):75ns±20%;
Ø  振荡频率:100KHz和1MHz±10%;
Ø  电压峰值:共模方式2.5kV,差模方式1.25kV。

3.4.6 交流电磁场

正常工作状态下,终端置于与系统电源电压相同频率的随时间正弦变化的、
强度为0.5mT(400A/m)的均匀磁场的线圈中心,工作正常。
 

4.1主控功能介绍

4.1.1 交流电流

设备具备三路交流电流采样口,可同时采样A、B、C三路电流,电流输入额定值5A.电流采样结果用来辅助电弧光事故跳闸输出,即弧光事故产生时,如果电流辅助功能投入,则电流达到设定值后跳闸。

4.1.2弧光输入

设备有16路弧光输入接口,采用光纤直接接入方式,其中1~2路连接弧光传感器或者连接弧光采集单元信号,3~16路功能相同,光纤连接弧光传感器,可直接监测开关柜内部及外部特定位置,可设置扩展功能,扩展后可连接8个采集单元设备。

4.1.3遥控输出

    遥控输出接口负责故障及报警输出,输出方式为继电器常开接点输出,设备自带四路输出接口分别为弧光跳闸出口1、弧光跳闸出口2、弧光跳闸出口3、跳闸总出口4。

4.1.4通讯介绍

    设备自带两路RS-485接口,为内部通讯口负责连接采集单元,默认通讯设置为:波特率9600,校验无,停止位1。设备支持ModBUS-RTU规约,可通过后台对设备进行参数设置、实时数据读取、故障信息读取、复归等操作,方便组网运行。

4.2接口说明

²  弧光输入口:1到16路;
²  交流电流:3路(A、B、C三相);
²  跳闸输出:4路;
²  电源输入:1路;
²  通讯口:2路RS-485;

4.3主控单元端子说明

 
端子
功能
备注
T1
至其它主单元
 
T2
至其它主单元
 
L1
单主控单元时连接弧光传感器;带采集单元时接收采集单元T1信号
 
L2-L16
连接弧光传感器
 
X1
备用信号(开入)
 
X2
跳闸/告警信号输出
可设置各种同步
X3
装置电源
 
X4
三相电流采集
 
X5-1
连接后台通讯
 
X5-2
 
X5-3
 
X5-4
并联弧光采集单元通讯
 
X5-5
 
X5-6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4采集单元功能介绍

    弧光采集单元与主控单元配合使用,是弧光保护系统的重要组成部分,主要用于采集故障弧光,并将判断后的结果通过光信号传递给主控单元。单个弧光采集单元可以安装16个弧光探头,根据系统的大小可以任意增减弧光采集单元的数量。弧光采集单元通常安装在选定的开关柜内中,选择的原则是保证该单元相关光纤用量尽量少。

4.5采集单元说明

端子
功能
备注
T1
单采集单元时或作为首个采集单元时连接主控单元L1(发送光信号);作为首个之后采集单元时连接上一级采集单元LI(发送光信号信号)
 
T2
同上
 
L1/IN1
单采集单元时连接弧光传感器;多采集单元时接收其他采集单元T1信号
 
L2-L16
连接弧光传感器
 
X1
装置电源
 
X2-1
备用
 
X2-2
X2-3
X2-4
单采集单元时并联主控单元;多采集单元时并联主控单元和其他采集单元通讯
 
X2-5
X2-6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.6弧光传感器

专门用于  故障弧光采集,是无源的弧光探测传感器,安装在开关柜的母线室内或馈线柜内电气元件的连接处。当发生弧光故障时,光照度大幅度增加,弧光传感器直接将光信号传给弧光采集单元或馈线保护单元。
 
 

4.7注意事项

设备发生故障后系统进入故障告警及跳闸进程,对实时电流及弧光检测停止,当发生故障并确认故障后请及时复位设备,避免设备长时间进入故障状态,造成设备无法检测设备故障信息。
 

5.1安装说明

弧光保护系统采用扩展方式组网连接,采集单元与主控单元通过光纤及数据线连接,通过光纤传输光信号,通过数据线传输故障信息及参数数据等信息,系统1台主控单元最多可扩展8台采集单元,根据具体项目设计具体的组网方案。

5.1.1安装空间

    主控单元/采集单元:宽度:112mm   高度:151mm  深度:195mm

5.1.2安装方式

   面板嵌入式安装 

5.1.3安装孔尺寸

   宽*高=114mm*153mm

5.2安装注意事项

注意事项1:光纤安装时,光纤的切割面要垂直切割,切割要迅速,避免光纤切割片不平滑造成弧光采样误差大。
注意事项2:光纤安装时要插到位,固定紧固,避免造成松动,影响测量
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