ABB弧光保护系统操作手册

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（110kV变加装弧光保护工程）弧光保护系统操作手册

1 引言 (1)

1.1 简介 (1)

1.2 背景 (2)

1.3 定义 (2)

1.4 参考资料 (3)

2 概述 (3)

2.1 项目结构图 (3)

3 设备应用 (5)

3.1 REA101 (5)

3.1.1 REA101单元的特性 (5)

3.1.2 REA101单元的用途 (5)

3.1.3 REA101操作说明 (6)

3.1.4 REA101按钮和开关的功能 (7)

3.1.5 REA101设备整定 (8)

3.1.6 REA101背板接线 (13)

3.1.7调试 (16)

3.2REA107 (18)

3.2.1 REA107单元的特性 (18)

3.2.2 REA107单元的用途 (18)

3.2.3 REA107操作说明 (19)

3.3.1 REA107光检测元件 (19)

3.3.2 REA107输入和输出端口的连接 (20)

3.3.3 REA107 LED和开关说明 (21)

3.3.4 REA107开关组 (21)

3.3.5 REA107 连接端子 (22)

3.3.6 REA107 调试 (23)

4 运行说明 (24)

4.1 弧光保护系统的开启步骤 (24)

4.2 弧光保护系统的运行步骤 (24)

5 弧光保护系统维护 (25)

6 弧光保护系统故障排除 (25)

7 非常规过程 (26)

8 设备参数 (26)

9 尺寸图 (29)

10 安装方案 (29)

1 引言

1.1 简介

在电力系统中，经常都会有开关柜被烧毁的现象。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。

据统计资料表明，每年每1000台开关柜就有7台遭到损坏，故障率0.7%。农村配电网的概率更高，达1.2%，单是手车柜，我国电力系统每年就有800多面柜烧毁。而运行人员的受伤害事件更是各电力局都有发生。

分析发生这些设备故障的原因，通常都是因弧光短路引起的。弧光故障常发生在变压器、母线管道、开关柜、电动机、发电机、电缆的终端及接合处，电弧光能够破坏昂贵的设备，带来长时间的、破坏性的、昂贵的停电损失。更为严重的是造成人身伤害，甚至危及人的生命。

众所周知，弧光短路是配电网中最严重的故障，尤其是发生在中、低压开关柜内部的情形，由于电弧电阻的原因，短路电流往往达不到过流、速断整定值而不能快速动作而切断故障。电弧持续燃烧的结果是释放出巨大的能量，从而造成灾难性的后果，开关柜被严重烧毁。另外，开关柜的弧光短路故障，往往由于没有得到及时清除，发展为中压母线故障，其危害是非常严重的，如造成发电厂厂用电瓦解、重要用户停电，更严重的导致多组开关柜同时烧毁的“火烧连营”事故等等，而近年来由于母线故障巨大的短路电流冲击造成主变损坏也不少见，这些事故均造成重大的经济损失，有的甚至造成人身伤亡事故。

造成中压开关柜故障的因素很多，比如结构设计不合理、制造质量不佳、绝缘老化和机械磨损、运行条件恶劣（高温、潮湿、污秽、化学侵蚀）、用户维护和操作不当、外力（小动物的进入、往来物件遗漏在开关柜内）、电网结构的改变（系统容量增大、电缆应用增多），因此由于开关柜弧光短路引发的中压母线故障的几率也较高。

据统计，大约75％的弧光事故是由于人为的误操作引起的，因此人身安全就显得极为重要。那么，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。

1.2 背景

a．本手册只限于大理供电局烟坡变电站所安装弧光保护系统。

b．本项目为云南电网公司大理供电局（110kV烟坡变加装弧光保护工程）、设备安装于大理供电局烟坡变电站。

1.3 定义

本手册中用到的图标符号及专门术语的定义和缩写词的原词组。

该小图标提出一些建议，例如如何设计一个项目或使用某个特定的功能。

电气警告图标用来指出存在会导致电击的危险因素。

注意图标用来指出重要信息或者与文中所讨论概念相关的警告。

它将指明存在那些会导致软件瘫痪，或者会造成设备或财产损害

的危险。

警告图标用来指出存在会导致人身伤害的危险因素。

信息图标用来提示读者一些相关事实和条件。

缩略语

1.4 参考资料

a．大理供电局烟坡变弧光保护技术方案；

b．ABB弧光保护技术资料；

c．大理供电局烟坡变弧光保护项目施工图。

d．大理供电局烟坡变弧光保护项目原理图。

2概述

为解决开关柜经常遇到的弧光问题，云南电网公司决定基于ABB现有产品的功能，针对云南电网公司变电站的现行状况，在ABB现有产品的功能基础上，研究出新的弧光保护系统，解决开关柜经常遇到的弧光问题，以达到云南电网公司的运行要求。

本项目安装地点为大理供电局烟坡变电站。烟坡变电站10KV为单母分段，其中分段母线都分别采用1台REA101独立组成系统。系统之间不进行通讯，以简化二次回路。

2.1项目结构图

如上图所示：

1、设备M1&M2中TRIP3作为进线断路器的跳闸信号。

2、设备M1&M2中HSO2提供给上位机的设备信号。

3、设备M1&M2中PORTA 用于中央单元与扩展单元之间的通讯及供电。

4、X8、X9、X10、X11用于M1与M2之间的通讯。

5、107中探头的光信号采集于开关柜母线室。

3 设备应用

3.1 REA101

3.1.1REA 101单元的特性

●跳闸迅速，并具有可投退的三相过流或两相过流和零序过流判据确保可靠动作

●宽范围的自动或手动背景光补偿

●弧光检测可以用环形或放射型光纤传感器或透镜型传感器

●两个高速静态（绝缘栅双极晶体管）输出触点用于断路器（CB）跳闸

●一个大容量继电器输出触点可用于断路器失灵保护跳开上一级断路器或作为报警

输出

●两个链接扩展单元的RJ-45端口

●两个中央单元间传输信号的光接口

●传感器光纤环路、工作电源及中央单元与扩展单元间的电缆线路可以连续自检

3.1.2REA 101单元的用途

REA 101中央单元运行方式：

●独立运行

●与其它REA 101中央单元一起运行

●与REA 103、REA 105和REA 107扩展单元一起运行

REA 101提供两个扩展接口，每个扩展接口最多可链接5个扩展单元。多个REA 101 单元可通过光纤或REA 105 单元连在一起。

通过使用REA 103、REA 105 和REA 107 扩展单元可增加选择性并进一步扩展保护区域。REA 105单元可提供快速跳闸输出用于跳闸，如跳开母联开关。REA 107具有8个透镜型传感器输入口。

3.1.3REA 101 操作说明

3.1.4REA 101 LED、按钮和开关的功能

复归按钮

用于复归中央单元、与该中央单元相连的扩展单元的LED指示灯，半导体输出口和输出继电器；与开入端（RESET X 2/9-10）并行工作。

跳闸条件整定开关及”Current&Light”LED灯

整定开关处于“Current&Light”位置时，“Current&Light”LED点亮（正常工作）。表明过流跳闸条件使用中，跳闸同时需要过电流信号和光信号。

通过开关SG1/1...4 (L1, L2, L3 电流输入), 或SG1/1...4 (L1,L3), 和

SG4/1...5 (L2).选择过流跳闸条件（过流信号和光信号用于跳闸）投入使用。

整定开关处于Light位置时，“Current”LED点亮，跳闸只要光信号而不需要过流信号可使用这种选择，如在检修期间。

3.1.5REA 101 设备整定

SG1开关组

1 号开关在ON 位置：

电流限值为0.5 ×In（2 号、3号和4 号开关在OFF位置）；

2 号开关在ON 位置：

电流限值为1.5 ×In（1 号、3号和4 号开关在OFF位置）；

3 号开关在ON 位置：

电流限值为2.5 ×In（1 号、2号和4 号开关在OFF位置）；

1 至3 号开关中仅允许一个开关在ON 位置。

4 号开关

▲4号开关在ON位置，同时1 至3号开关中仅一个开关在ON 位

为所选电流限值的两倍；

▲4号开关在ON位置，同时1 至3 号开关在OFF位置：

电流限值为6.0 ×In

5 号开关（自动光参考电平ON/OFF）

▲开关在ON位置：

选择自动背景光补偿（不使用光参考电平调节电位器）。

▲开关在OFF位置：

选择手动背景光补偿（使用光参考电平调节电位器）。

6 号开关（传感器ON/OFF）开关在ON位置：

中央单元的传感器光纤用于弧光检测。

7 号开关（A端口ON/OFF）开关在ON 位置：

使用A 端口。

8 号开关（B端口ON/OFF）开关在ON位置：

使用B 端口。

SG2开关组（光纤通信通道）

1号光纤通道，SG2/1...4号开关：

1 号开关（模式ON= 输入，OFF= 输出）

▲开关在ON位置：

1 号光纤通道用作信号输入；

▲开关在OFF位置：

1 号光纤通道用作信号输出。

2 号开关（电流信号）

▲开关在ON位置：

接收或发送过流信号，取决于 1 号开关的设置；

▲开关在OFF位置：

不接收或发送过流信号。

3 号开关（光信号）

▲开关在ON位置：

接收或发送光信号，取决于1号开关的设置；

▲开关在OFF位置：

不接收或发送光信号。

4 号开关（跳闸信号）

▲开关在ON位置：

接收或发送跳闸信号，取决于 1 号开关的设置；

▲开关在OFF位置：

不接受或发送跳闸信号。

2至4 号开关中仅允许一个开关在ON 位置。

2号光纤通道，SG2/5...8号开关：

5 号开关（模式ON= 输入，OFF= 输出）

▲开关在ON 位置：

2 号光纤通道用作信号输入；

▲开关在OFF位置：

2 号光纤通道用作信号输出。

6 号开关（电流信号）

▲开关在ON 位置：

接收或发送过流信号，取决于5 号开关的设置；

▲开关在OFF位置：

不接收或发送过流信号。

7 号开关（光信号）

▲开关在ON 位置：

接收或发送跳闸信号，取决于5 号开关的设置；

▲开关在OFF位置：

不接收或发送光信号。

8 号开关（跳闸信号）

▲开关在ON 位置：

接收或发送跳闸信号，取决于5 号开关的设置；

▲开关在OFF位置：

不接收或发送跳闸信号。

6至8号开关中仅允许一个开关在ON 位置。

SG3开关组，（断路器失灵保护）

当断路器失灵保护（CBFP，SG3/1...3）投入运行时：

1.若过流信号在设定的延时时间内消失，不会发生延时跳闸；

2.不需要过流条件时，装置经延时跳闸（跳闸条件整定开关处于“光信号”位置，

“Current”LED点亮）。

1号开关（使用HSO2）：

▲开关在ON 位置：

断路器失灵保护投入运行。若在3 号开关设定延时时间之后，过流信号仍然存在，HSO2 动作。HSO1动作时，启动延时计时。

▲开关在OFF位置：

断路器失灵保护退出，HSO2与HSO1同时动作。

2号开关（使用Trip3）：

▲开关在ON 位置：

断路器失灵保护投入运行。若在3 号开关设定延时时间之后，过流信号仍然存在，Trip3 动作。HSO1动作时，启动延时计时。

▲开关在OFF位置：

断路器失灵保护退出，Trip3与HSO1 同时动作（需考虑输出继电器动作时间）。

3号开关（延时ON=150 ms，OFF=100 ms）：

该开关只在断路器失灵保护投入运行时才有效。

▲开关在ON 位置：

HSO1 动作后150ms若过流信号仍然存在，1 和/ 或2 号开关所选的输出动作。

▲开关在OFF 位置：

HSO1 动作后100ms若过流信号仍然存在，1 和/ 或2 号开关所选的输出动作。

4号开关（传感器监视退出ON/OFF）：

▲开关在ON 位置：

不使用传感器光纤监视，即用放射型传感器光纤。

▲开关在OFF 位置：

使用传感器光纤监视，即用环型传感器光纤。

5号开关不起作用。

SG4 开关组

开关1 在ON 位置：

电流限值为0.05 x In（开关2,3,4在OFF 位置）

开关2 在ON 位置：

电流限值为0.15 x In（开关1,3,4在OFF 位置）

开关3 在ON 位置：

电流限值为0.25 x In（开关1,2,4在OFF 位置）

注意开关1至3中仅允许一个开关在ON 位置。

开关4

4 号开关在ON 位置，同时1 至3 号开关中仅一个开关在ON 位

为所选电流限值的两倍；

4 号开关在ON 位置，同时1 至3 号开关在OFF 位置：

电流限值为0.6 x In.

开关5

5 号开关在ON 位置：

电流输入2用于零序电流I 输入.电流限值通过SG4/1...4.选择

5 号开关在OFF 位置：

所有电流输入用于相电流输入.电流限值通过SG1/1...4.选择

3.1.6REA 101 背板接线

连接端子

端子排X1

电流互感器端子：I L1

1. I L1 公共端

2. I L15AIn=5A

3. I L11AIn=1A

4. I L2公共端

5. I L25AIn=5A

6. I L21AIn=1A

7. I L3公共端

8. I L35AIn=5A

9. I L31AIn=1A

端子排X2

辅助电源和RESET（复归）端子：

1. Uaux+（～）辅助电源+（～）

2. Uaux-（～）辅助电源-（～）

3. 不使用

4. 不使用

5. 不使用

6. 不使用

7. 不使用

8. 不使用

9. RESET+（～）复归输入端：指示，输出

10. RESET-（～）复归输入端：指示，输出

端子排X3

输入/ 输出端子：

1. HSO1+（～）1号大容量高速半导体输出口

2. HSO1-（～）1号大容量高速半导体输出口

3. HSO2+（～）2号大容量高速半导体输出口

4. HSO2-（～）2号大容量高速半导体输出口

5. TRIP3+（～）大容量继电器输出口

6. TRIP3-（～）大容量继电器输出口

7. 不使用

8. IRF/NO 自检告警继电器输出（装置内部故障）/ 常开接点

9. IRF/NC 自检告警继电器输出（装置内部故障）/常闭接点

10. IRF 自检告警继电器输出（装置内部故障）/公共端

端口X4和X5

扩展单元连接端口：

X4 A端口

X5 B端口

端口X6和X7

传感器光纤连接端口

X6 输出端

X7 输入端

端口X8和X9

1号光纤通道的信号传输光纤连接端口：

X8 输出端

X9 输入端

端口X10和X11

2号光纤通道的信号传输光纤连接端口：

X10 输出端

X11 输入端

3.1.7调试

3.1.7.1检查电压

在连接辅助电源之前，必须进行所有检查和开关整定

1. 辅助电源：

检查装置的电源电压范围（Uaux）。电压范围标在弧光保护继电器前面板的底部铭

牌上

2. “RESET”输入端的控制电压

若输入端用于复归，请检查复归输入端的电压范围。额定电压和电压。

3.1.7.2继电器整定

1. SG1、SG2 和SG3 开关组的编程

这些开关组的缺省整定值为：

SG1 00000000

SG2 00000000

SG3 00000

SG4 00000

2. 按指定应用要求设定编程开关组SG1、SG2、SG3 和SG4 中的开关。开关组的功能描述见

4.部分“LED灯、按钮和开关组的功能”，应用方案请参见章节3.5部分。

3. “光参考电平调节”电位器：

电位器的缺省位置为中间位置。若已选择自动背景光补偿（SG1/5开关在ON 位置），则不需要更改电位器的整定值。

4. “跳闸条件”整定开关

该整定开关的缺省整定为“Current&Light”。

3.1.7.3弧光保护系统的测试

1. 根据一次侧或二次侧电流来检查装置的测量功能。当超过电流限值时，相关

REA101继电器的“Current”LED点亮。应对每个REA101继电器进行这样的测试。

2. 将“跳闸条件”整定开关拨至光信号Light 位置，检查过流信号是否按应用要求

在整个系统中传送。

3. 检查相关的REA 101的“Current”LED 是否点亮。

4. 最后，将“跳闸条件”整定开关拨至“Current&Light”位置。

5. 以相同方法检查各个REA101继电器。

3.1.7.4光参考电平的整定

1. 将光照水平尽可能设为接近正常工作条件下的值。

2. 旋转“光参考电平调节”电位器，直到“Light”（光信号）LED处于点亮和熄

灭的临界点。

3. 将电位器向右旋转一个刻度标记。

如果即使电位器位于最小位置，“Light”LED仍不亮，可使电位器保持该位置或向右旋转一个或几个刻度标记，这取决于需要的灵敏度。

4. 将一个REA 101 的“跳闸条件”整定开关拨至位置“Light”。

跳闸条件整定开关必须始终位于最终位置，必须旋转到位。

5. 将传感器暴露在光线下，如使用闪光灯暴光，然后检查REA107指示灯是否正确

显示。对应主单元（REA101）是否接收到光信号（Light指示灯亮）。

闪光持续时间应不小于1 ms。注意袖珍照相机的内置闪光灯通常不够强。建

议使用配新电池外置闪光灯（闪光指数为20 或更高）。

6. 测试完所有传感器后，按应用要求整定跳闸条件整定开关。

关于REA101的更加详细技术资料请参阅《REA101_oper_000056_cnf》。

3.2 REA107

3.2.1REA 107单元的特性

8 个透镜型传感器，用于弧光检测

2 个信号继电器

2 个RJ-45 端口，用于和REA101 继电器和/或其他扩展装置连接

自检单元监视工作电源

每个传感器均有LED指示灯

3.2.2REA 107 单元的用途

REA 107 单元的功能是检测光信号，并为中央单元REA101提供相关信息。

扩展单元可用来扩展保护区，或将被保护对象分成较小的区域。

3.2.3REA107 操作说明