HKCDH電弧光保護(hù)系統(tǒng)使用說(shuō)明書
電弧光保護(hù)系統(tǒng)
技術(shù)及使用說(shuō)明書
前言
使用產(chǎn)品前，請(qǐng)仔細(xì)閱讀此章節(jié)
本章節(jié)闡述使用產(chǎn)品前的安全防范知識(shí)及建議。在安裝使用前，此章節(jié)必須閱讀且充分
的理解。如不仔細(xì)閱讀，因不當(dāng)操作造成的任何損害或本產(chǎn)品不能正常使用的，本公司不承
擔(dān)任何相應(yīng)責(zé)任。
在對(duì)本產(chǎn)品做任何操作前，相關(guān)專業(yè)人員必須仔細(xì)閱讀本說(shuō)明書，熟悉相關(guān)操作內(nèi)容。
本章節(jié)將會(huì)定義以下指示標(biāo)志和標(biāo)準(zhǔn)定義：
危險(xiǎn)！ 意味著如果安全防范不得當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致人員傷亡，或嚴(yán)重的設(shè)備損壞。
警告！ 意味著如果安全防范不得當(dāng)，有可能會(huì)造成人身傷害，或設(shè)備的損壞。
警示！ 意味著安裝過(guò)程中該注意的注意事項(xiàng)，否則會(huì)造成輕微的人身傷害或嚴(yán)重的
設(shè)備損壞，包括對(duì)可能要保護(hù)的的設(shè)備。
警告！
在購(gòu)買本產(chǎn)品前請(qǐng)確認(rèn)是否與可能要被保護(hù)的設(shè)備應(yīng)用相符，仔細(xì)閱讀本產(chǎn)品說(shuō)明書，
了解本產(chǎn)品的開孔尺寸以及功能。
警告！
本產(chǎn)品在正常運(yùn)行時(shí)，某些部件會(huì)帶電工作，不正確的操作會(huì)對(duì)本產(chǎn)品造成嚴(yán)重的損壞，
以及影響被保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行。
只有具備資質(zhì)的相關(guān)人員才允許對(duì)本產(chǎn)品進(jìn)行操作，相關(guān)人員需仔細(xì)閱讀本產(chǎn)品說(shuō)明書。
警示！
1、本產(chǎn)品接地處必須可靠接地。
2、安裝時(shí)請(qǐng)勿使本產(chǎn)品掉落以免對(duì)本產(chǎn)品造成損壞。
3、接線端子處必須接牢，以免掉落造成嚴(yán)重后果。
4、本產(chǎn)品正常運(yùn)行過(guò)程中，請(qǐng)不要拔插電路板，否則會(huì)造成本產(chǎn)品數(shù)據(jù)的丟失，以及
不能正常運(yùn)行。
5、不得隨意更改額定值，待相關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行更改。
6、安裝時(shí)，請(qǐng)根據(jù)端子定義進(jìn)行安裝，不得隨意接線。
危險(xiǎn)！
安裝完通電后，不要去觸摸裸露在外的端子以及電源裸露部分，更不許將本產(chǎn)品放置在
潮濕地方，以免端子處發(fā)生漏電短路現(xiàn)象。
6.4 液晶說(shuō)明..........................12
第一章、電弧光及保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1.1 概述
在我國(guó)，中、低壓母線短路故障中，重點(diǎn)設(shè)備和人員傷害主要由電弧光引起，
然而，我國(guó)的大多數(shù)中低壓母線沒有設(shè)置快速母線保護(hù)，而只是采用了簡(jiǎn)單的消
弧裝置和變壓器后備保護(hù)。這些保護(hù)智能化較低，動(dòng)作速度慢，往往會(huì)延長(zhǎng)故障
切除時(shí)間，從而進(jìn)一步擴(kuò)大設(shè)備損壞程度，甚至?xí)稹盎馃B營(yíng)”的惡性事故，
沖擊變壓器一次運(yùn)行，影響整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
弧光保護(hù)系統(tǒng)是我公司根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，吸收國(guó)外電弧光保護(hù)的特點(diǎn)，結(jié)
合行業(yè)檢測(cè)及保護(hù)配置相關(guān)規(guī)程，自主研發(fā)出具有獨(dú)特創(chuàng)新技術(shù)、具有廣泛實(shí)用
性、高可靠性的新型電弧光保護(hù)系統(tǒng)。采用弧光檢測(cè)和過(guò)電流檢測(cè)雙判據(jù)原理，
具有保護(hù)動(dòng)作速度快、可靠性高等特點(diǎn)。
1.2 電弧光產(chǎn)生的原因
引起開關(guān)柜弧光短路故障的原因很多，一般分為以下五類
1）絕緣故障：主要是柜中絕緣材料爬距不足，未滿足加強(qiáng)絕緣要求，在臟污
環(huán)境，天氣潮濕下發(fā)生絕緣故障。另外，由于絕緣材料材質(zhì)缺陷，運(yùn)行年限較長(zhǎng)
的開關(guān)柜，在強(qiáng)電磁場(chǎng)作用下絕緣老化，也可能造成絕緣損壞而導(dǎo)致故障。
2）載流回路不良：由于一些接頭截面不夠，緊固螺栓松動(dòng)，手車柜觸頭接觸
不良，在大電流流過(guò)時(shí)引起發(fā)熱，冒火進(jìn)而引起相間，相對(duì)地?fù)舸┑鹊取?br />
3）外來(lái)物體的進(jìn)入：如小動(dòng)物（老鼠等）進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部，或維修人員在工
作完成后將工具遺留在開關(guān)柜內(nèi)。
4）認(rèn)為操作錯(cuò)誤：如走錯(cuò)間隔，誤操作，未對(duì)工作區(qū)域進(jìn)行接地，未對(duì)工作
區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)電等。
5）系統(tǒng)方面的原因：如系統(tǒng)容量增大，接地方式改變，電纜應(yīng)用增多，保護(hù)
及自控裝置配置不當(dāng)，系統(tǒng)諧振過(guò)電壓等。
1.3 電弧光的危害
開關(guān)柜內(nèi)的發(fā)生短路弧光的功率可高達(dá) 100MW，電弧燃燒所產(chǎn)生的能量
與電弧的燃燒時(shí)間及短路電流變化值呈指數(shù)倍增長(zhǎng)（如下圖所示），燃燒產(chǎn)生的高
溫、高壓將會(huì)逐步摧毀元器件、銅排以及成列的開關(guān)柜，高明亮的弧光和有毒氣
體對(duì)人體也有巨大的傷害。
電弧光危害示意圖
要保證設(shè)備不受結(jié)構(gòu)性損傷，必須盡量縮短切除時(shí)間。 以下為國(guó)外資料介紹的各種燃弧時(shí)間長(zhǎng)短和對(duì)設(shè)備造成的損壞程度的評(píng)估：
1.4 電弧光保護(hù)系統(tǒng)作用及應(yīng)用領(lǐng)域 電弧光保護(hù)系統(tǒng)，可以起到以下作用：
1） 減少或降低電弧光對(duì)于人體的傷害；
2） 減少或降低電弧光短路故障對(duì)于設(shè)備的損害；
3） 避免變壓器因近距離母線故障造成動(dòng)穩(wěn)定破壞，延長(zhǎng)變壓器的使用壽命；
4） 縮短電弧光故障切除時(shí)間，避免波及站內(nèi)直流系統(tǒng)造成重大損失；
5） 減少因電弧光故障造成設(shè)備停運(yùn)的時(shí)間，更快地恢復(fù)供電；
電弧光保護(hù)系統(tǒng)，主要應(yīng)用于以下場(chǎng)合：
1）電力變電站
2）火電廠電氣段開關(guān)柜母線室及饋線柜
3）風(fēng)電場(chǎng)升壓站集電線路開關(guān)柜
4）箱式變電站
5）鋁鎂行業(yè)大型直流整流柜
第二章、電弧光保護(hù)系統(tǒng)的組成
2.1 目前國(guó)內(nèi)用于中、低壓系統(tǒng)的保護(hù)及其局限性
1）變壓器后備過(guò)流保護(hù)，典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為 1.2s~2s。
2）采用饋線速斷保護(hù)閉鎖變壓器后備過(guò)流保護(hù)，典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為 300ms~500ms。
3）高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)，典型的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為 30ms~50ms。
上述保護(hù)均有致命的弱點(diǎn)就是動(dòng)作時(shí)間太慢，根據(jù)電弧光危害示意圖所示， 保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間不能超過(guò) 20ms，否則會(huì)產(chǎn)生不可修復(fù)的器件損壞，從而延長(zhǎng)故 障修復(fù)時(shí)間。
2.2 本系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1）、動(dòng)作迅速可靠：
采用了可靠的快速算法，可以在短時(shí)間內(nèi)判斷弧光變化信號(hào)和電流變化信號(hào)并
迅速出口，從發(fā)現(xiàn)故障到出口跳閘時(shí)間間隔優(yōu)于 10ms，確保開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的弧光
在 75ms 以內(nèi)切除。
2、全數(shù)字化設(shè)計(jì)：
本裝置采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)，配置靈活，動(dòng)作精度高，而且排除了由于旋鈕或其
他機(jī)械設(shè)計(jì)導(dǎo)致的誤差隱患。
3、保護(hù)原理簡(jiǎn)單、合理
根據(jù)弧光產(chǎn)生時(shí)的特點(diǎn)，裝置采用弧光和電流雙重判據(jù)，判據(jù)簡(jiǎn)單且可以有效
的保證動(dòng)作的準(zhǔn)確性。
4、強(qiáng)大的電氣性能：
弧光探頭設(shè)計(jì)、連接線等全部采用耐高溫、阻燃的高分子材料，具有超強(qiáng)的電
氣隔離效果。裝置完全滿足 EMC 的標(biāo)準(zhǔn)，保證了弧光保護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和
動(dòng)作的可靠性。
5、故障信息記錄全面
在故障弧光發(fā)生并引起裝置跳閘后，主控單元或饋線保護(hù)單元可以準(zhǔn)確的記錄
弧光探頭檢測(cè)到故障弧光的位置信息，且可以詳細(xì)記錄動(dòng)作時(shí)刻的三相電流值。
6、多種輔助保護(hù)功能：
主控單元不但有弧光保護(hù)，還有斷路器失靈等輔助保護(hù)，這些保護(hù)是弧光保
護(hù)的合理配置和有效補(bǔ)充。
2.3 弧光保護(hù)系統(tǒng)組成
弧光保護(hù)系統(tǒng)主要由主控單元、弧光采集單元和弧光傳感器組成，為了適應(yīng)
現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用需求，分為了母線型弧光保護(hù)系統(tǒng)和饋線型弧光保護(hù)系統(tǒng)。如下圖所
示：
圖 2 弧光保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
2.3.1 主控單元 主控單元是母線型弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心。它檢測(cè)分析故障信號(hào)、接收分析采集 單元的弧光故障信號(hào)，并對(duì)兩種信號(hào)進(jìn)行綜合分析判斷。在滿足跳閘條件時(shí)，發(fā) 出跳閘指令以切除故障。 主控單元一般安裝在進(jìn)線柜或緊鄰進(jìn)線柜的開關(guān)柜的二次控制門板上。
主控單元有：
1）16 個(gè)弧光信號(hào)檢測(cè)接口，用于接收來(lái)自弧光傳感器的弧光故障信號(hào)；
2）4 個(gè)數(shù)據(jù)通訊接口，1 路 RS485，1 路 CAN 總線，1 路以太網(wǎng)；
3）4 路快速跳閘輸出接口，符合 IEC255-23 繼電器標(biāo)準(zhǔn)。
4）2 路報(bào)警出口，其中一路為裝置故障出口。
5）12 路電流輸入，檢測(cè) 4 組三相電流信號(hào)，用于判斷故障電流。
2.3.2 弧光采集單元
弧光采集單元與主控單元配合使用，是弧光保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，主要
用于采集故障弧光，并將判斷后的結(jié)果通過(guò)高速總線傳遞給主控單元。單個(gè)弧光
采集單元可以安裝 16 路弧光探頭，根據(jù)系統(tǒng)的大小可以任意增減弧光采集單元的
數(shù)量。弧光采集單元通常安裝在選定的開關(guān)柜內(nèi)中。弧光采集單元具有
1）16 個(gè)弧光信號(hào)檢測(cè)接口，用于接收來(lái)自弧光傳感器的弧光故障信號(hào)；
2）2 個(gè)數(shù)據(jù)通訊接口，1 路 RS485，1 路 CAN 總線；
2.3.3 弧光傳感器
弧光傳感器中的探頭安裝在柜內(nèi)各間隔中，可實(shí)現(xiàn)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、有選擇性
的保護(hù)?；」馓筋^作為光感應(yīng)元件，在發(fā)生弧光故障時(shí)檢測(cè)突然增加的光強(qiáng)。主
流應(yīng)用分為光纖式弧光傳感器和電纜式弧光傳感器兩種。
1）光纖式弧光傳感器
光纖式弧光傳感器，前置探頭采集弧光信號(hào)中的特有光譜信息，并通過(guò)專用
光纖將光信號(hào)傳送給弧光采集單元或主控單元，弧光單元或主控單元完成光信號(hào)
的分析處理與采集。
2）電纜式弧光傳感器
電纜式弧光傳感器，前置探頭采集弧光信號(hào)中的特有光譜信息，并在探頭處
完成光信號(hào)與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，輸出 4-20mA 的電流信號(hào)傳送給弧光單元或弧光保護(hù)
主控單元。
2.4 技術(shù)特點(diǎn)
本系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：
1） 滿足所有電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)；
2） 符合中國(guó)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求；
3） 采用過(guò)流及弧光雙重判據(jù)，可靠性高；
4） 新型光纖連接傳輸，光電轉(zhuǎn)換在裝置內(nèi)完成，抗電磁干擾能力強(qiáng)；
5） 采用過(guò)濾干擾光的新型弧光傳感器，具有過(guò)濾干擾光的功能，避免可見光
傳感器受環(huán)境光照影響引起誤動(dòng)；
6） 出口跳閘時(shí)間小于 10ms，遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的母線保護(hù)，對(duì)開關(guān)柜的內(nèi)部弧光
故障總切除時(shí)間可以控制在 75ms 以內(nèi)；
7） 全漢字顯示，操作習(xí)慣和傳統(tǒng)數(shù)字式保護(hù)完全一致；
8） 跳閘出口邏輯可編程；
2.5.裝置原理說(shuō)明
1）電弧光保護(hù)功能
電弧光保護(hù)以電流單元為基礎(chǔ)分組，弧光探頭可以整定關(guān)聯(lián)到任意一組電流
信號(hào)上。
當(dāng)弧光單元把光信號(hào)從弧光傳感器傳輸?shù)街骺貑卧獣r(shí)，并且同時(shí)電流啟動(dòng)元
件動(dòng)作，電弧光保護(hù)動(dòng)作；裝置可選擇弧光信號(hào)動(dòng)作單判據(jù)作為動(dòng)作邏輯判斷。
2) 裝置自檢 當(dāng)裝置檢測(cè)到本身硬件故障時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)，同時(shí)閉鎖整套保護(hù)。硬件故 障包括：采樣回路故障、RAM 出錯(cuò)、定值出錯(cuò)等。
第三章、電弧光保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)品外觀與結(jié)構(gòu)
3.1 主控單元結(jié)構(gòu)尺寸
主控單元采用全封閉 5U 1/3 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，嵌入式安裝于屏(柜)上。插件為后插 導(dǎo)軌式，插緊后上下有鎖緊螺絲。機(jī)箱安裝開孔尺寸圖如下:
3.5 弧光傳感器尺寸圖及安裝說(shuō)明
在開放空間，例如母線室，弧光傳感器的安裝間隔最大可以達(dá)到 4 米。傳感 器可以安裝在開關(guān)柜分隔板上或框架上。面向開關(guān)柜中要保護(hù)的部分?；」鈧鞲? 器也可用安裝板安裝在保護(hù)區(qū)域內(nèi)。
1）電纜式弧光傳感器安裝
第四章.弧光保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用說(shuō)明
4.1 單母線供電典型示例說(shuō)明
該方案配置一臺(tái)主控單元和一臺(tái)（或多臺(tái)）弧光采集單元（依據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)確 定）。母線上有故障分別跳 QF1、QF2 斷路器，QF1、QF2 斷路器失靈，跳 QF3 和 QF4。
4.2 母線分段供電典型示例說(shuō)明 該方案配置兩臺(tái)主單元和一臺(tái)（或多臺(tái)）弧光采集單元。母線上有故障分別 跳 QF1、QF2 斷路器，并閉鎖（或跳開）母聯(lián)開關(guān) K1；QF1、QF2 斷路器失靈， 跳 QF3 和 QF4。
第五章. 弧光保護(hù)主控單元操作說(shuō)明
5.1 主控單元面板布置圖和說(shuō)明
本裝置采用人性化面板設(shè)計(jì)：
配置全中文液晶顯示器，按級(jí)操作各菜單頁(yè)面，根據(jù)菜單提示可對(duì)裝置采集 的各種數(shù)據(jù)、及各種事件進(jìn)行監(jiān)視、記錄，可直接對(duì)裝置進(jìn)行參數(shù)修改、保護(hù)調(diào) 試等操作；
配置裝置運(yùn)行指示燈，運(yùn)行人員可直觀地了解電源工作狀態(tài)、裝置的 運(yùn)行狀態(tài)，通訊的運(yùn)行狀態(tài)等；該裝置還配置九個(gè)輕觸式按鍵和一個(gè)復(fù)位按鈕。
5.2 信號(hào)燈說(shuō)明
a)“運(yùn)行”燈為綠燈，裝置正常運(yùn)行時(shí)，每秒閃爍 1 次，如果閃爍不正常說(shuō) 明運(yùn)行處于不正常運(yùn)行狀態(tài)；
b)“告警”燈為紅燈，正常運(yùn)行時(shí)熄滅，任一保護(hù)功能告警或裝置自檢出錯(cuò) 時(shí)點(diǎn)亮；
c)“跳閘”燈為紅燈，正常運(yùn)行時(shí)熄滅，任一保護(hù)功能跳閘時(shí)點(diǎn)亮；
d)“跳位”燈為綠燈，當(dāng)斷路器處于合閘位置時(shí)熄滅，當(dāng)斷路器處于跳閘位 置時(shí)點(diǎn)亮；
e)“合位”燈為紅燈，當(dāng)斷路器處于跳閘位置時(shí)熄滅，當(dāng)斷路器處于合閘位 置時(shí)點(diǎn)亮；
5.3 按鍵說(shuō)明
鍵盤上共有九個(gè)按鍵，包括“復(fù)歸鍵”、“確認(rèn)鍵”、“取消鍵”、“＋鍵”、“－ 鍵”、“上鍵”、“下鍵”、“左鍵”、“右鍵”。其功能分述如下：
a) 復(fù)歸鍵：主要用于對(duì)保護(hù)告警信號(hào)的復(fù)歸；
b) 確認(rèn)鍵：主要用于對(duì)某項(xiàng)操作的確認(rèn)或進(jìn)入下級(jí)菜單；
c) 取消鍵：主要用于對(duì)所作操作的撤消或返回上級(jí)菜單；
d) “＋”、“－”鍵：具有修改功能，包括數(shù)值的增加和減少；
e) ↑↓→ ← 光標(biāo)移動(dòng)鍵：完成光標(biāo)的移動(dòng)及數(shù)值步長(zhǎng)調(diào)整。
5.4 液晶說(shuō)明
按任意鍵可以進(jìn)入裝置的主菜單，裝置的所有查看及設(shè)置功能都可以在主菜 單下完成，主菜單中 12 個(gè)條目分別是“開入測(cè)值”、“交流測(cè)值”“報(bào)告查看”、“定 值修改”、“定值切換”、“密碼設(shè)置”、“通訊設(shè)置”、“時(shí)間設(shè)置”、“版本信息”、“默 認(rèn)標(biāo)變”、“默認(rèn)定值”、“開出傳動(dòng)”。
“開入測(cè)值”按“確認(rèn)”進(jìn)入相應(yīng)子菜單，進(jìn)入子菜單后可按↑↓對(duì)所有的 開入量進(jìn)行查看，按“取消”返回上級(jí)菜單。
“交流測(cè)值”按“確認(rèn)”進(jìn)入相應(yīng)子菜單，進(jìn)入子菜單后可按↑↓對(duì)所有的 模入量進(jìn)行查看，按“取消”返回上級(jí)菜單。
“報(bào)告查看”按“確認(rèn)”進(jìn)入相應(yīng)子菜單，可以選擇“報(bào)告查看”和“報(bào)告 清空”兩個(gè)子菜單，按確認(rèn)鍵進(jìn)入子菜單操作。
“定值修改” 按“確認(rèn)”進(jìn)入相應(yīng)子菜單，可以選擇“定值查看”和“定 值修改”兩個(gè)子菜單，按確認(rèn)鍵進(jìn)入子菜單操作。
“定值切換”多套定值運(yùn)行的用戶在切換定值運(yùn)行時(shí)需要用到本菜單按，“確 認(rèn)”進(jìn)入相應(yīng)子菜單，選擇需要運(yùn)行的定值區(qū)按“確認(rèn)”鍵。
“密碼設(shè)置”按“確認(rèn)”進(jìn)入相應(yīng)子菜單。 “通訊設(shè)置”按“確認(rèn)”進(jìn)入相應(yīng)子菜單，設(shè)置裝置的 MODBUX 地址及查 看以太網(wǎng) IP 地址。
“時(shí)間設(shè)置”按“確認(rèn)”進(jìn)入相應(yīng)子菜單，通過(guò)本菜單修改時(shí)間。
“版本信息”按“確認(rèn)”進(jìn)入相應(yīng)子菜單，查看本裝置的軟件版本信息。
“標(biāo)變修改”通過(guò)輸入正確的密碼，進(jìn)入子菜單，可以選擇“標(biāo)變修改”和 “默認(rèn)標(biāo)變”兩個(gè)子菜單，按確認(rèn)鍵進(jìn)入子菜單操作。 “默認(rèn)定值”通過(guò)輸入正確的密碼，恢復(fù)裝置出廠時(shí)的默認(rèn)定值。 “開出調(diào)試”通過(guò)輸入正確的密碼，進(jìn)入該子菜單后，用↑↓鍵選擇要操作 的開出，用“＋”、“－”選擇開出操作性質(zhì)（動(dòng)作或復(fù)歸），按“確認(rèn)”鍵執(zhí)行對(duì) 應(yīng)的開出操作。
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