电弧光保护在中低压母线系统中的应用方案
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近年来，中低压开关柜在电力系统中得到了广泛应用，中低压开关柜体积小、可标准化生产。从而占据了电力市场的重要份额。而中低压开关柜体积较小、设备间距偏小，柜体内的弧光短路故障时有发生，造成开关设备被严重烧毁的事故屡屡发生。本文分析了弧光短路的特性，现有保护方案存在的问题，介绍了一种新型中低压母线电弧光保护系统，强调了配置该型系统的必要性。
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电弧光保护在中低压母线系统中的应用方案
安科瑞电气股份有限公司
王鑫杰17321398360
摘要：近年来，中低压开关柜在电力系统中得到了广泛应用，中低压开关柜体积小、可标准
化生产。从而占据了电力市场的重要份额。而中低压开关柜体积较小、设备间距偏小，柜体
内的弧光短路故障时有发生，造成开关设备被严重烧毁的事故屡屡发生。本文分析了弧光短
路的特性，现有保护方案存在的问题，介绍了一种新型中低压母线电弧光保护系统，强调了
配置该型系统的必要性。
关键词：中低压母线；电弧光保护系统；应用；
1概述
在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线一般不考虑稳定问题，因此一般未
装设单独的母线保护。南于中低压母线上的出线多，操作频繁，三相导体线间距
离与大地的距离比较近，容易受小动物危害等原因，中低压母线的故障几率比高
压、压母线高得多。由于人们对中低压母线保护不够重视，多采用带有较大延时
的后备保护来切除母线上的故障，往往造成事故的发展和扩大，造成了巨大的经
济损失。究其原因大多是因为没有装设单独设置的中低压母线保护，未能快速切
除故障造成的。在设备的使用过程中母线上的操作比较频繁，设备绝缘老化、机
械磨损是必然现象，运行条件发生改变以及人为操作错误，会导致母线故障率升
高，对变电站的运行存在安全隐患。
2电弧光短路特性分析
2.1故障电弧产生的原因
发生在开关柜内部的弧光短路故障，究其原因可归纳为两类，一类是设备原因，
另一类是人为原因。将这些原因做具体分析，得到以下5种情况：
(1)设备绝缘故障。目前开关柜内部空间越来越小，造成开关柜中部分绝缘材料
爬距不够，绝缘强度不足，长期运行容易造成绝缘击穿放电事故。
(2)载流回路接触不良。这类因素一般是一次设备的连接部分不牢靠引起的。
(3)外来物体的影响。一般是老鼠等小动物的进入或工作人员工作结束后误将扳
手物品在开关柜内部。(4)人为误操作。由于操作人员操作目的不清楚，操作时精神不集中，会造成误
人其他带电间隔、误操作等。
(5)系统的原因。主要有系统容量逐年递增、系统接地方式变化、电力电缆的广
泛应用、系统的谐振、继保设备和安全自动装置选型、配置不当等因素。
2.2故障电弧的危害
发生弧光故障时产生的明亮弧光，不但可能引起运行维护人员暂时性失明，巨大
的声响效应还可能引起人的休克，这些对人体的伤害都是巨大的。一旦燃弧时间
超过了lOOms，其所释放的便会迅速，而随着燃烧时间的延长，将陆续造成开关
柜内的各种电缆、连接铜排和钢板等材料的燃烧、熔化。如果故障发生时，恰好
有检修、运行人员在开关柜周围工作，特别是开关柜门因为工作需要已经打开的
情况下，则故障电弧产生的巨大将会对工作人员造成巨大的伤害。
3现有中低压母线保护方案存在的问题
3.1主变中低压侧后备保护方案
此方案需考虑母线上的出线与母分开关的配合问题，因此其动作时限一般较长，
通常时间定值取1．0～1．4秒。很明显，如此长动作时限的保护来隔离故障是
无法满足快速f生这一继电保护的基本要求的，很有可能造成事故的发展扩大，
造成更大的损失。
3.2出线的过流保护方案
此方案利用出线线路保护中的过流保护来实现。当过流保护动作后，跳开出线开
关的同时闭锁主变相应侧的过流保护。这种方案保护动作时限一般整定为300～
1400ms，在这段时间内，造成事故发展扩大的概率依然较高，所以，此方案仍
然不能满足系统稳定的需要。
3.3高阻抗母线差动保护方案
此方案专门装设一套中低压母线电流差动保护，保护的动作时间经验值一般
35,-60ms，如果要加上断路器固有的分闸时间，从故障开始到故障切除之间的时
间则显得偏长。同时，此方案对CT 的要求相对较高，保护范围受cT 安装位置影
响，旧站改造该型保护工程量较大。
4新型电弧光保护系统
4.1电弧光保护的原理
电弧光保护的原理简单，其通过安装于开关柜或电缆沟等地的光感探头感受到光
的增量变化，同时检测CT 中二次电流的增量，两者构成“与”门，从而发出跳
闸命令。如果偶尔光线信号超过光线设定值或者电流信号超过电流设定值，系统
不会输出跳闸信号，也不会记忆在跳闸回路中，但可在主控单元上显示报警信号，
有利于运行人员及时发现不正常状态。
4.2电弧光保护的系统组成(1)主控单元。主控单元犹如人的大脑，负责控制、管理整个系统。它通过接收
电流单元传来的过流信号和弧光传感器或弧光单元传来的弧光信号，并对其进行
分析、判断，在满足过流信号与弧光信号的“与”逻辑时，发出跳闸指令以故障。
(2)电流单元。电流单元用于检测过电流信号，可分A，B，c 三相分别检测。其
检测到的信号通过光纤和数据线传输到主控单元，主控单元依据设定的逻辑，判
断是否发出跳闸指令。
(3)弧光单元。弧光单元配置若干个弧光检测接口，这些接121均为光纤接15，
用于
连接弧光传感器。弧光单元检测到弧光信号后，通过光纤盒数据线传输到主控单
元，主控单元依据设定的逻辑，判断是否发出跳闸指令。
(4)弧光传感器。母线保护的无源弧光传感器是探测弧光的光感应原件。当发生
电弧光故障时，光的强度大幅度增加，弧光传感器就会把光信号传送给主控单元
或者弧光单元。
4.3电弧光保护的优点
电弧光保护已逐步发展为现阶段中低压母线系统中较为理想的母线保护。其具有
以下优点：
(1)保护原理简单。通过感受故障点电弧光和采集电源进线电流构成“与”门，
系统的组成也相对简单。
(2)动作迅速可靠。通过采用快速动作的继电器，能够保证发生故障时在短的时
间内发出跳闸命令，确保设备外观不受损坏。
(3)故障点定位功能。根据弧光传感器的实际安装位置可以实现分区保护的功能。
(4)具有较强的抗干扰能力。电弧光保护系统采用无源弧光传感器探测弧光，各
组成部分采用光纤连接，确保了整个弧光保护系统的可靠性及高强的抗干扰能力。
(5)配置灵活、适应性强。系统使用处理器技术，通过对弧光和过电流动作信号
的灵活编程，可对各段母线提供选择性保护，适用于不同类型的接线和运行方式。
5安科瑞ARB5-M 弧光保护产品选型说明
ARB5-弧光主控单元
技术参数代码代码说明
弧光主控板数
0 0块主控板，可接0 块采集板信号
1 1块主控板，可接6 块采集板信号2 2块主控板，可接12块采集板信号
3 3块主控板，可接18块采集板信号
4 4块主控板，可接24块采集板信号
弧光采集板数
0 0块采集板，可直接采集0 个弧光探头信号
1 1块采集板，可直接采集5 个弧光探头信号
2 2块采集板，可直接采集10个弧光探头信号
3 3块采集板，可直接采集15个弧光探头信号
4 4块采集板，可直接采集20个弧光探头信号
安科瑞电气股份有限公司
王鑫杰17321398360
摘要：近年来，中低压开关柜在电力系统中得到了广泛应用，中低压开关柜体积小、可标准
化生产。从而占据了电力市场的重要份额。而中低压开关柜体积较小、设备间距偏小，柜体
内的弧光短路故障时有发生，造成开关设备被严重烧毁的事故屡屡发生。本文分析了弧光短
路的特性，现有保护方案存在的问题，介绍了一种新型中低压母线电弧光保护系统，强调了
配置该型系统的必要性。
关键词：中低压母线；电弧光保护系统；应用；
1概述
在电力系统中，35kV及以下电压等级的母线一般不考虑稳定问题，因此一般未
装设单独的母线保护。南于中低压母线上的出线多，操作频繁，三相导体线间距
离与大地的距离比较近，容易受小动物危害等原因，中低压母线的故障几率比高
压、压母线高得多。由于人们对中低压母线保护不够重视，多采用带有较大延时
的后备保护来切除母线上的故障，往往造成事故的发展和扩大，造成了巨大的经
济损失。究其原因大多是因为没有装设单独设置的中低压母线保护，未能快速切
除故障造成的。在设备的使用过程中母线上的操作比较频繁，设备绝缘老化、机
械磨损是必然现象，运行条件发生改变以及人为操作错误，会导致母线故障率升
高，对变电站的运行存在安全隐患。
2电弧光短路特性分析
2.1故障电弧产生的原因
发生在开关柜内部的弧光短路故障，究其原因可归纳为两类，一类是设备原因，
另一类是人为原因。将这些原因做具体分析，得到以下5种情况：
(1)设备绝缘故障。目前开关柜内部空间越来越小，造成开关柜中部分绝缘材料
爬距不够，绝缘强度不足，长期运行容易造成绝缘击穿放电事故。
(2)载流回路接触不良。这类因素一般是一次设备的连接部分不牢靠引起的。
(3)外来物体的影响。一般是老鼠等小动物的进入或工作人员工作结束后误将扳
手物品在开关柜内部。(4)人为误操作。由于操作人员操作目的不清楚，操作时精神不集中，会造成误
人其他带电间隔、误操作等。
(5)系统的原因。主要有系统容量逐年递增、系统接地方式变化、电力电缆的广
泛应用、系统的谐振、继保设备和安全自动装置选型、配置不当等因素。
2.2故障电弧的危害
发生弧光故障时产生的明亮弧光，不但可能引起运行维护人员暂时性失明，巨大
的声响效应还可能引起人的休克，这些对人体的伤害都是巨大的。一旦燃弧时间
超过了lOOms，其所释放的便会迅速，而随着燃烧时间的延长，将陆续造成开关
柜内的各种电缆、连接铜排和钢板等材料的燃烧、熔化。如果故障发生时，恰好
有检修、运行人员在开关柜周围工作，特别是开关柜门因为工作需要已经打开的
情况下，则故障电弧产生的巨大将会对工作人员造成巨大的伤害。
3现有中低压母线保护方案存在的问题
3.1主变中低压侧后备保护方案
此方案需考虑母线上的出线与母分开关的配合问题，因此其动作时限一般较长，
通常时间定值取1．0～1．4秒。很明显，如此长动作时限的保护来隔离故障是
无法满足快速f生这一继电保护的基本要求的，很有可能造成事故的发展扩大，
造成更大的损失。
3.2出线的过流保护方案
此方案利用出线线路保护中的过流保护来实现。当过流保护动作后，跳开出线开
关的同时闭锁主变相应侧的过流保护。这种方案保护动作时限一般整定为300～
1400ms，在这段时间内，造成事故发展扩大的概率依然较高，所以，此方案仍
然不能满足系统稳定的需要。
3.3高阻抗母线差动保护方案
此方案专门装设一套中低压母线电流差动保护，保护的动作时间经验值一般
35,-60ms，如果要加上断路器固有的分闸时间，从故障开始到故障切除之间的时
间则显得偏长。同时，此方案对CT 的要求相对较高，保护范围受cT 安装位置影
响，旧站改造该型保护工程量较大。
4新型电弧光保护系统
4.1电弧光保护的原理
电弧光保护的原理简单，其通过安装于开关柜或电缆沟等地的光感探头感受到光
的增量变化，同时检测CT 中二次电流的增量，两者构成“与”门，从而发出跳
闸命令。如果偶尔光线信号超过光线设定值或者电流信号超过电流设定值，系统
不会输出跳闸信号，也不会记忆在跳闸回路中，但可在主控单元上显示报警信号，
有利于运行人员及时发现不正常状态。
4.2电弧光保护的系统组成(1)主控单元。主控单元犹如人的大脑，负责控制、管理整个系统。它通过接收
电流单元传来的过流信号和弧光传感器或弧光单元传来的弧光信号，并对其进行
分析、判断，在满足过流信号与弧光信号的“与”逻辑时，发出跳闸指令以故障。
(2)电流单元。电流单元用于检测过电流信号，可分A，B，c 三相分别检测。其
检测到的信号通过光纤和数据线传输到主控单元，主控单元依据设定的逻辑，判
断是否发出跳闸指令。
(3)弧光单元。弧光单元配置若干个弧光检测接口，这些接121均为光纤接15，
用于
连接弧光传感器。弧光单元检测到弧光信号后，通过光纤盒数据线传输到主控单
元，主控单元依据设定的逻辑，判断是否发出跳闸指令。
(4)弧光传感器。母线保护的无源弧光传感器是探测弧光的光感应原件。当发生
电弧光故障时，光的强度大幅度增加，弧光传感器就会把光信号传送给主控单元
或者弧光单元。
4.3电弧光保护的优点
电弧光保护已逐步发展为现阶段中低压母线系统中较为理想的母线保护。其具有
以下优点：
(1)保护原理简单。通过感受故障点电弧光和采集电源进线电流构成“与”门，
系统的组成也相对简单。
(2)动作迅速可靠。通过采用快速动作的继电器，能够保证发生故障时在短的时
间内发出跳闸命令，确保设备外观不受损坏。
(3)故障点定位功能。根据弧光传感器的实际安装位置可以实现分区保护的功能。
(4)具有较强的抗干扰能力。电弧光保护系统采用无源弧光传感器探测弧光，各
组成部分采用光纤连接，确保了整个弧光保护系统的可靠性及高强的抗干扰能力。
(5)配置灵活、适应性强。系统使用处理器技术，通过对弧光和过电流动作信号
的灵活编程，可对各段母线提供选择性保护，适用于不同类型的接线和运行方式。
5安科瑞ARB5-M 弧光保护产品选型说明
ARB5-弧光主控单元
技术参数代码代码说明
弧光主控板数
0 0块主控板，可接0 块采集板信号
1 1块主控板，可接6 块采集板信号2 2块主控板，可接12块采集板信号
3 3块主控板，可接18块采集板信号
4 4块主控板，可接24块采集板信号
弧光采集板数
0 0块采集板，可直接采集0 个弧光探头信号
1 1块采集板，可直接采集5 个弧光探头信号
2 2块采集板，可直接采集10个弧光探头信号
3 3块采集板，可直接采集15个弧光探头信号
4 4块采集板，可直接采集20个弧光探头信号
