HKCDH電弧光保護系統使用說明書
電弧光保護系統
技術及使用說明書
前言
使用產品前，請仔細閱讀此章節
本章節闡述使用產品前的安全防范知識及建議。在安裝使用前，此章節必須閱讀且充分
的理解。如不仔細閱讀，因不當操作造成的任何損害或本產品不能正常使用的，本公司不承
擔任何相應責任。
在對本產品做任何操作前，相關專業人員必須仔細閱讀本說明書，熟悉相關操作內容。
本章節將會定義以下指示標志和標準定義：
危險！ 意味著如果安全防范不得當，將會導致人員傷亡，或嚴重的設備損壞。
警告！ 意味著如果安全防范不得當，有可能會造成人身傷害，或設備的損壞。
警示！ 意味著安裝過程中該注意的注意事項，否則會造成輕微的人身傷害或嚴重的
設備損壞，包括對可能要保護的的設備。
警告！
在購買本產品前請確認是否與可能要被保護的設備應用相符，仔細閱讀本產品說明書，
了解本產品的開孔尺寸以及功能。
警告！
本產品在正常運行時，某些部件會帶電工作，不正確的操作會對本產品造成嚴重的損壞，
以及影響被保護設備的正常運行。
只有具備資質的相關人員才允許對本產品進行操作，相關人員需仔細閱讀本產品說明書。
警示！
1、本產品接地處必須可靠接地。
2、安裝時請勿使本產品掉落以免對本產品造成損壞。
3、接線端子處必須接牢，以免掉落造成嚴重后果。
4、本產品正常運行過程中，請不要拔插電路板，否則會造成本產品數據的丟失，以及
不能正常運行。
5、不得隨意更改額定值，待相關專業人員進行更改。
6、安裝時，請根據端子定義進行安裝，不得隨意接線。
危險！
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，更不許將本產品放置在
潮濕地方，以免端子處發生漏電短路現象。
6.4 液晶說明..........................12
第一章、電弧光及保護系統簡介
1.1 概述
在我國，中、低壓母線短路故障中，重點設備和人員傷害主要由電弧光引起，
然而，我國的大多數中低壓母線沒有設置快速母線保護，而只是采用了簡單的消
弧裝置和變壓器后備保護。這些保護智能化較低，動作速度慢，往往會延長故障
切除時間，從而進一步擴大設備損壞程度，甚至會引起“火燒連營”的惡性事故，
沖擊變壓器一次運行，影響整個電網的安全運行。
弧光保護系統是我公司根據國內實際情況，吸收國外電弧光保護的特點，結
合行業檢測及保護配置相關規程，自主研發出具有獨特創新技術、具有廣泛實用
性、高可靠性的新型電弧光保護系統。采用弧光檢測和過電流檢測雙判據原理，
具有保護動作速度快、可靠性高等特點。
1.2 電弧光產生的原因
引起開關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，未滿足加強絕緣要求，在臟污
環境，天氣潮濕下發生絕緣故障。另外，由于絕緣材料材質缺陷，運行年限較長
的開關柜，在強電磁場作用下絕緣老化，也可能造成絕緣損壞而導致故障。
2）載流回路不良：由于一些接頭截面不夠，緊固螺栓松動，手車柜觸頭接觸
不良，在大電流流過時引起發熱，冒火進而引起相間，相對地擊穿等等。
3）外來物體的進入：如小動物（老鼠等）進入開關柜內部，或維修人員在工
作完成后將工具遺留在開關柜內。
4）認為操作錯誤：如走錯間隔，誤操作，未對工作區域進行接地，未對工作
區域進行驗電等。
5）系統方面的原因：如系統容量增大，接地方式改變，電纜應用增多，保護
及自控裝置配置不當，系統諧振過電壓等。
1.3 電弧光的危害
開關柜內的發生短路弧光的功率可高達 100MW，電弧燃燒所產生的能量
與電弧的燃燒時間及短路電流變化值呈指數倍增長（如下圖所示），燃燒產生的高
溫、高壓將會逐步摧毀元器件、銅排以及成列的開關柜，高明亮的弧光和有毒氣
體對人體也有巨大的傷害。
電弧光危害示意圖
要保證設備不受結構性損傷，必須盡量縮短切除時間。 以下為國外資料介紹的各種燃弧時間長短和對設備造成的損壞程度的評估：
1.4 電弧光保護系統作用及應用領域 電弧光保護系統，可以起到以下作用：
1） 減少或降低電弧光對于人體的傷害；
2） 減少或降低電弧光短路故障對于設備的損害；
3） 避免變壓器因近距離母線故障造成動穩定破壞，延長變壓器的使用壽命；
4） 縮短電弧光故障切除時間，避免波及站內直流系統造成重大損失；
5） 減少因電弧光故障造成設備停運的時間，更快地恢復供電；
電弧光保護系統，主要應用于以下場合：
1）電力變電站
2）火電廠電氣段開關柜母線室及饋線柜
3）風電場升壓站集電線路開關柜
4）箱式變電站
5）鋁鎂行業大型直流整流柜
第二章、電弧光保護系統的組成
2.1 目前國內用于中、低壓系統的保護及其局限性
1）變壓器后備過流保護，典型的保護動作時間為 1.2s~2s。
2）采用饋線速斷保護閉鎖變壓器后備過流保護，典型的保護動作時間為 300ms~500ms。
3）高阻抗母線差動保護，典型的保護動作時間為 30ms~50ms。
上述保護均有致命的弱點就是動作時間太慢，根據電弧光危害示意圖所示， 保護裝置動作時間不能超過 20ms，否則會產生不可修復的器件損壞，從而延長故 障修復時間。
2.2 本系統技術優勢
1）、動作迅速可靠：
采用了可靠的快速算法，可以在短時間內判斷弧光變化信號和電流變化信號并
迅速出口，從發現故障到出口跳閘時間間隔優于 10ms，確保開關柜內設備的弧光
在 75ms 以內切除。
2、全數字化設計：
本裝置采用全數字化設計，配置靈活，動作精度高，而且排除了由于旋鈕或其
他機械設計導致的誤差隱患。
3、保護原理簡單、合理
根據弧光產生時的特點，裝置采用弧光和電流雙重判據，判據簡單且可以有效
的保證動作的準確性。
4、強大的電氣性能：
弧光探頭設計、連接線等全部采用耐高溫、阻燃的高分子材料，具有超強的電
氣隔離效果。裝置完全滿足 EMC 的標準，保證了弧光保護系統的整體穩定性和
動作的可靠性。
5、故障信息記錄全面
在故障弧光發生并引起裝置跳閘后，主控單元或饋線保護單元可以準確的記錄
弧光探頭檢測到故障弧光的位置信息，且可以詳細記錄動作時刻的三相電流值。
6、多種輔助保護功能：
主控單元不但有弧光保護，還有斷路器失靈等輔助保護，這些保護是弧光保
護的合理配置和有效補充。
2.3 弧光保護系統組成
弧光保護系統主要由主控單元、弧光采集單元和弧光傳感器組成，為了適應
現場的應用需求，分為了母線型弧光保護系統和饋線型弧光保護系統。如下圖所
示：
圖 2 弧光保護系統結構示意圖
2.3.1 主控單元 主控單元是母線型弧光保護系統的核心。它檢測分析故障信號、接收分析采集 單元的弧光故障信號，并對兩種信號進行綜合分析判斷。在滿足跳閘條件時，發 出跳閘指令以切除故障。 主控單元一般安裝在進線柜或緊鄰進線柜的開關柜的二次控制門板上。
主控單元有：
1）16 個弧光信號檢測接口，用于接收來自弧光傳感器的弧光故障信號；
2）4 個數據通訊接口，1 路 RS485，1 路 CAN 總線，1 路以太網；
3）4 路快速跳閘輸出接口，符合 IEC255-23 繼電器標準。
4）2 路報警出口，其中一路為裝置故障出口。
5）12 路電流輸入，檢測 4 組三相電流信號，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，是弧光保護系統的重要組成部分，主要
用于采集故障弧光，并將判斷后的結果通過高速總線傳遞給主控單元。單個弧光
采集單元可以安裝 16 路弧光探頭，根據系統的大小可以任意增減弧光采集單元的
數量。弧光采集單元通常安裝在選定的開關柜內中。弧光采集單元具有
1）16 個弧光信號檢測接口，用于接收來自弧光傳感器的弧光故障信號；
2）2 個數據通訊接口，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各間隔中，可實現由簡單到復雜、有選擇性
的保護。弧光探頭作為光感應元件，在發生弧光故障時檢測突然增加的光強。主
流應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中的特有光譜信息，并通過專用
光纖將光信號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
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中的特有光譜信息，并在探頭處
完成光信號與電信號的轉換，輸出 4-20mA 的電流信號傳送給弧光單元或弧光保護
主控單元。
2.4 技術特點
本系統具有以下技術特點：
1） 滿足所有電磁兼容（EMC）標準；
2） 符合中國繼電保護設計標準要求；
3） 采用過流及弧光雙重判據，可靠性高；
4） 新型光纖連接傳輸，光電轉換在裝置內完成，抗電磁干擾能力強；
5） 采用過濾干擾光的新型弧光傳感器，具有過濾干擾光的功能，避免可見光
傳感器受環境光照影響引起誤動；
6） 出口跳閘時間小于 10ms，遠快于傳統的母線保護，對開關柜的內部弧光
故障總切除時間可以控制在 75ms 以內；
7） 全漢字顯示，操作習慣和傳統數字式保護完全一致；
8） 跳閘出口邏輯可編程；
2.5.裝置原理說明
1）電弧光保護功能
電弧光保護以電流單元為基礎分組，弧光探頭可以整定關聯到任意一組電流
信號上。
當弧光單元把光信號從弧光傳感器傳輸到主控單元時，并且同時電流啟動元
件動作，電弧光保護動作；裝置可選擇弧光信號動作單判據作為動作邏輯判斷。
2) 裝置自檢 當裝置檢測到本身硬件故障時，發出告警信號，同時閉鎖整套保護。硬件故 障包括：采樣回路故障、RAM 出錯、定值出錯等。
第三章、電弧光保護系統產品外觀與結構
3.1 主控單元結構尺寸
主控單元采用全封閉 5U 1/3 標準機箱，嵌入式安裝于屏(柜)上。插件為后插 導軌式，插緊后上下有鎖緊螺絲。機箱安裝開孔尺寸圖如下:
3.5 弧光傳感器尺寸圖及安裝說明
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到 4 米。傳感 器可以安裝在開關柜分隔板上或框架上。面向開關柜中要保護的部分。弧光傳感 器也可用安裝板安裝在保護區域內。
1）電纜式弧光傳感器安裝
第四章.弧光保護系統應用說明
4.1 單母線供電典型示例說明
該方案配置一臺主控單元和一臺（或多臺）弧光采集單元（依據監測點來確 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明 該方案配置兩臺主單元和一臺（或多臺）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）母聯開關 K1；QF1、QF2 斷路器失靈， 跳 QF3 和 QF4。
第五章. 弧光保護主控單元操作說明
5.1 主控單元面板布置圖和說明
本裝置采用人性化面板設計：
配置全中文液晶顯示器，按級操作各菜單頁面，根據菜單提示可對裝置采集 的各種數據、及各種事件進行監視、記錄，可直接對裝置進行參數修改、保護調 試等操作；
配置裝置運行指示燈，運行人員可直觀地了解電源工作狀態、裝置的 運行狀態，通訊的運行狀態等；該裝置還配置九個輕觸式按鍵和一個復位按鈕。
5.2 信號燈說明
a)“運行”燈為綠燈，裝置正常運行時，每秒閃爍 1 次，如果閃爍不正常說 明運行處于不正常運行狀態；
b)“告警”燈為紅燈，正常運行時熄滅，任一保護功能告警或裝置自檢出錯 時點亮；
c)“跳閘”燈為紅燈，正常運行時熄滅，任一保護功能跳閘時點亮；
d)“跳位”燈為綠燈，當斷路器處于合閘位置時熄滅，當斷路器處于跳閘位 置時點亮；
e)“合位”燈為紅燈，當斷路器處于跳閘位置時熄滅，當斷路器處于合閘位 置時點亮；
5.3 按鍵說明
鍵盤上共有九個按鍵，包括“復歸鍵”、“確認鍵”、“取消鍵”、“＋鍵”、“－ 鍵”、“上鍵”、“下鍵”、“左鍵”、“右鍵”。其功能分述如下：
a) 復歸鍵：主要用于對保護告警信號的復歸；
b) 確認鍵：主要用于對某項操作的確認或進入下級菜單；
c) 取消鍵：主要用于對所作操作的撤消或返回上級菜單；
d) “＋”、“－”鍵：具有修改功能，包括數值的增加和減少；
e) ↑↓→ ← 光標移動鍵：完成光標的移動及數值步長調整。
5.4 液晶說明
按任意鍵可以進入裝置的主菜單，裝置的所有查看及設置功能都可以在主菜 單下完成，主菜單中 12 個條目分別是“開入測值”、“交流測值”“報告查看”、“定 值修改”、“定值切換”、“密碼設置”、“通訊設置”、“時間設置”、“版本信息”、“默 認標變”、“默認定值”、“開出傳動”。
“開入測值”按“確認”進入相應子菜單，進入子菜單后可按↑↓對所有的 開入量進行查看，按“取消”返回上級菜單。
“交流測值”按“確認”進入相應子菜單，進入子菜單后可按↑↓對所有的 模入量進行查看，按“取消”返回上級菜單。
“報告查看”按“確認”進入相應子菜單，可以選擇“報告查看”和“報告 清空”兩個子菜單，按確認鍵進入子菜單操作。
“定值修改” 按“確認”進入相應子菜單，可以選擇“定值查看”和“定 值修改”兩個子菜單，按確認鍵進入子菜單操作。
“定值切換”多套定值運行的用戶在切換定值運行時需要用到本菜單按，“確 認”進入相應子菜單，選擇需要運行的定值區按“確認”鍵。
“密碼設置”按“確認”進入相應子菜單。 “通訊設置”按“確認”進入相應子菜單，設置裝置的 MODBUX 地址及查 看以太網 IP 地址。
“時間設置”按“確認”進入相應子菜單，通過本菜單修改時間。
“版本信息”按“確認”進入相應子菜單，查看本裝置的軟件版本信息。
“標變修改”通過輸入正確的密碼，進入子菜單，可以選擇“標變修改”和 “默認標變”兩個子菜單，按確認鍵進入子菜單操作。 “默認定值”通過輸入正確的密碼，恢復裝置出廠時的默認定值。 “開出調試”通過輸入正確的密碼，進入該子菜單后，用↑↓鍵選擇要操作 的開出，用“＋”、“－”選擇開出操作性質（動作或復歸），按“確認”鍵執行對 應的開出操作。
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