[摘要]：本文通过青铝110kV供电整流系统电弧光保护系统的设计与应用，证明了电弧光保护在电解铝整流系统中的重要性。

　　[关键词]：电弧光保护、电解铝、整流系统、综合自动化

　　近年来我国铝电解工业得到迅猛的发展，电解铝产能不断增加，设备容量不断扩大，高电压、大电流整流机组投运数量越来越多。配置一些完善、可靠的保护装置以此来保证供电整流系统的安全运行，对电解铝系统平稳生产、经济效益的提高具有重要意义。

　　为了防止直流正、负母线之间或者交、直流母线之间短路等恶性事故的发生，近两年许多供电整流系统采用逆流保护、弧光保护等辅助保护措施，以减少整流设备事故所造成的损失。经过实践证明，弧光保护在电解铝整流系统中发生弧光故障时提供最快的保护，切断故障点，是常规继电保护不能比拟的，它以功能强大、保护判断选择灵活、安装实施简单等特点，备受电解铝整流系统青睐。

　　1 弧光保护原理

　　所谓弧光保护是整流柜内安装的弧光传感器(光纤或探头)将接收到的光信号转换成电流信号传递给弧光保护辅助单元，辅助单元将收集来的动作信息传递给弧光保护主单元，当主单元接收到的光信号超过设定值后，主单元即输出跳闸信号。

　　弧光保护原理图如图1。

　　①调压整流变压器②整流柜③弧光保护主单元

　　④弧光保护辅助单元⑤主开关

　　图1弧光保护系统在整流系统的动作原理图

　　2 弧光保护系统的配置

　　弧光保护系统是由主单元、辅助单元和弧光传感器三部分组成。

　　2.1主单元是弧光保护系统的中心管理单元，主要完成电流的测量、开关失灵保护、电流定值的管理、跳闸出口的启动、弧光探测信号的自动采集、逻辑设置管理、对有关弧光传感器的持续监视、保护跳闸启动方案的选择、故障方位的精确定位、故障信息的管理等，每个主单元可连接多个辅助单元。

　　2.2辅助单元用于连接弧光保护主单元和弧光传感器。用于弧光保护系统的逻辑设置、监视所连接的弧光传感器的状态、装置故障定位等。

　　2.3弧光传感器是一种光感应元件。采集开关柜、整流柜内的弧光，并传递给弧光保护的辅助单元。

　　3 弧光保护在青铝 110kV整流系统的设计、应用

　　青铝 110kV供电所共有5套整流机组，每组2台大功率整流柜(单柜电流在30kA、电压1O00V) 使用二极管整流，整流柜是同相逆并联结构。2007年，10台整流柜经过改造后，每台整流柜在同相逆并相间的整流桥臂增加了隔弧板(如图2)，并安装了弧光保护装置。

　　图2整流柜隔弧板图

　　3.1弧光传感器及光带的布置：在绝缘隔弧板每一侧的上下中心位置各放置一个弧光传感器。以弧光传感器为中心，在绝缘板的表面铺设环绕形光带。每个绝缘板一侧的光带长度约为4m。光带可以探测到整流柜内整流臂任何元件(被击穿)发出的弧光。弧光传感器配置在绝缘板上，对整个整流臂进行最佳的双通道在线检测。弧光传感器通过特制光缆连接到主单元和弧光辅助单元上。

　　弧光传感器安装如图3。

　　图3 弧光探头在绝缘板上的安装示意图

　　3.2主单元是弧光保护系统的主要设备，可以单独完成对弧光的监测并实现跳闸功能，具有多个弧光输入端口。每个主单元可以配有4对电子跳闸输出，4对快速继电器跳闸输出， 并互为备用。弧光保护系统的跳闸信号线缆与整流机组主开关的跳闸回路并联，电流信号取自调变侧电流互感器，主单元与弧光辅助单元对整流柜内整流桥臂进行弧光监测。

　　3.3弧光保护的电流判据原理

　　某一整流机组整流元件被击穿， 经过电流互感器的电流未发生较大变化，同时产生弧光，弧光保护系统高速反应， 依据弧光+电流双判据原理只对该故障元件所在的整流机组主开关进行跳闸，而不对同一电解系列的其他整流机组进行跳闸。

　　某一整流机组整流元件被击穿，经过电流互感器的电流发生较大变化，同时产生弧光，弧光保护系统高速反应，依据弧光+电流双判据原理对整个系列的整流机组进行跳闸。

　　3.4 弧光保护系统与综自的通讯

　　弧光保护系统通过PLC信号对信息进行处理后，连接到综合自动化系统的后台临控系统，完成弧光保护系统的数据采集、信息处理、监控传感检测技术。

　　弧光保护系统与综自系统的通讯网络如图4。

　　图4 弧光保护系统与综自系统的通讯网络图。

　　4 弧光保护系统的优点

　　4.1 具有故障定位功能，能够判别发生电弧光的具体位置，快速处理故障，恢复供电。

　　4.2具有完善的自检功能，能对本系统进行在线自检，系统发生故障及时报传综合自动化系统。

　　4.3主单元和弧光辅助单元具有弧光照度调整功能，在10～50klux范围可调，根据实际情况可以设置在30-40klux。

　　4.4弧光辅助单元属于扩充设备，具有多个弧光输入端口及相应的弧光传感器和光带。

　　4.5电流辅助单元属于可选设备，有5A和1A测量线圈，电流值预置范围可调，电流检测方式采用包洛线原理。

　　4.6弧光信号用特制光缆传输到主单元和弧光辅助单元，具有抗电磁干扰性能，即使是在整流系统中的整流柜强电磁干扰条件下也不会误动作。

　　4.7具有系统运行状态监控功能，预留的RS-485通信接口可以通过数据线与综合自动化系统相连接。

　　4.8故障信息管理功能，能记录故障信息发生的详细过程，分类保存信息。

　　4.9光缆传输弧光信号即使在弧光出现的瞬间把光缆烧断， 或者把弧光传感器、光带烧毁，光信号也能够从烧断点传输到了主单元，不会出现类似电缆烧断而造成的信号传输阻断，保证了弧光保护的可靠性和安全性。

　　5 结束语

　　作为特殊的继电器保护，弧光保护系统能充分体现其速动性、安全可靠性、灵敏性、可选择性。能够确保整流柜故障时，能及时断开所有机组断路器，保证人员设备安全，同时对降低事故扩大、避免造成重大经济损失起到重要作用。

　　参考文献

　　刘忏斌，冯公伟等.《硅整流所电力设计》.冶金工业出版社

　　杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势[J].电力系统自动化1995(10)：7—9

　　张保会.《电力系统继电保护》.中国电力研学网