新型配电弧光保护装置的研究和应用探讨

摘要： 根据继电保护快速性的要求，提出了通过光纤探头采集配网开关柜故障时产生的弧光放电，再通过保护单元来实现快速的切除开关柜内部故障这一切入点，研究快速切除开关柜柜内短路故障的新型配电弧光保护装置，可以保护配网运维人员人身和开关柜及柜内设备的安全，当现场柜体中因短路故障产生弧光时，能够做到快速判断、切断电源，减少停电范围，提高供电效率，降低现场调试及维护工作量，缩短设备检修及恢复供电时间，提高供电可靠性。

关键词： 配电；弧光保护；装置；研究

长期以来，人们对中低压母线的保护一直不够重视，没有专用保护来快速切除配电站所内部发生的故障，往往使故障发展扩大造成开关设备被严重烧毁，有的甚至发展成“火烧连营”的事故。同时，变电站的变压器由于遭受外部短路电流冲击造成内部损伤的事故也逐年增加，这些配网事故如果处理不当易被扩大发展为输电网或变电设备事故，造成重大的经济损失。究其原因大多是因为配电站所没有装设专用的中低压母线保护，不能快速切除故障造成的。所以，为了保证上级变电站主变及配网开关柜母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要研发快速切除配电开关柜柜内故障的快速保护技术。

2.1总体思路

为有效减少电弧损伤，国外对各种燃弧持续时间进行试验并得出对设备造成的损害程度，开关柜可以承受的电弧燃烧时间为100ms，电弧光产生后，其危害程度取决于电弧电流及切除时间，电弧产生的能量与I2t成指数规律快速上升。由于弧光故障在断路器动作前，故障短路电弧是一直在燃烧的，只有在短时间内切除故障才能使设备不遭受损害。若总切除时间大于100ms，轻则设备局部烧损，重则造成开关柜爆炸以及人员伤亡。

目前，国内尚无用于配电开关柜母线的专用保护装置，而用于变电站中、低压母线的保护主要有三种，一种为变压器后备过流保护，典型的保护动作时间1.2s～2.0s；一种为采用馈线过流保护闭锁变压器过流保护，典型的保护动作时间为300ms～500ms；另一种为采用环流原理的高阻抗母线差动保护，典型的保护动作时间为30ms～50ms，考虑到断路器的分闸时间，切除故障时间大于100ms。均不满足小于100ms的工作要求。

从实际应用情况来看，现有的保护方案是显然不能满足快速切除母线故障或保护覆盖范围要求的，变压器后备过流保护动作时间过长，不能起到有效的保护作用，高阻抗母线差动保护范围受CT安装位置的限制，接线复杂，CT要求高，不能保护到发生故障几率较高的电缆室电缆接头处的故障，且总体造价昂贵。迫切需要采用一种新型中压母线保护系统，以解决目前实际运行中由于中低压母线发生故障几率较高、延迟切除故障导致故障发展、扩大，从而造成的巨大的经济损失的问题。

配电弧光保护装置圆满的解决了这一问题，该装置根据检测到的电弧光信号，在短时间内（<7ms保护动作出口）即可切除母线（及馈线）故障，可有效防止35kV和10kV母线和断路器故障引起主变压器损坏事故的发生，保障设备及人员安全，降低损失，现已应用于电力相关行业。

2.2装置构成

配电弧光保护装置是一种快速可靠的专用中低压母线保护装置，它采用检测弧光和过流双判据原理，具有原理简单、动作可靠迅速、对变电站一次设备无特殊要求、适应于各种运行方式、且在各种运行方式下保护不需要切换等优点，为目前发电厂、变电站、工业及商业配电系统380V～35kV中低压母线保护理想的解决方案。配电弧光保护装置是在长期电气自动化产品设计研发的基础上，吸收国外先进技术理念研制的新一代智能型弧光保护产品。主要包括弧光保护主单元、弧光采集单元、馈线保护和弧光传感器等四个单元，分别介绍如下：2.2.1弧光保护主单元

主单元包含有电流检测和断路器失灵保护，它通过检测短路电流和来自弧光传感器的动作信息，并对收集的数据进行处理、判断，发出跳闸信号以切除故障。该装置只要在同时检测到弧光和过流时才发出跳闸指令。在进线断路器未能动作切除故障时，它将启动断路器失灵保护逻辑，发出跳闸指令给上游断路器切除故障。此外，主单元根据采集单元传送来的弧光传感器的动作信息，提供弧光故障点的定位及报警信息。主单元接入若干弧光采集单元，并且可以支持RS485、以太网等多种接口方式，支持Profibus、ModBus、CAN、IEC103、IEC104等多种通讯规约。

2.2.2弧光采集单元

每个采集单元可接入8个弧光传感器。采集单元的地址通过面板进行设定。当系统发生弧光故障时，采集单元收集来自弧光传感器的动作信息并传送给主单元，在主单元上显示采集单元和弧光传感器的地址编号，有利于及时检修和排除故障。

2.2.3馈线采集单元

该单元作为馈线型弧光保护的单元独立使用，每个单元可提供3个弧光采集输入，采用探头方式采集弧光，当馈线柜中发生弧光时跳开该馈线柜中的断路器。

2.2.4弧光传感器

弧光传感器安装在开关柜各间隔室中，可实现对由简单到各种复杂接线中、低压开关柜提供有选择性的保护。弧光传感器作为光感应元件，将检测在发生弧光故障时突然增加的光强，并将光信号转换成电流信号传送给采集单元。

2.3装置功能

配电弧光保护装置是一种快速可靠的专用中低压母线保护装置，它采用检测弧光和过流双判据原理，具有原理简单、动作可靠迅速、对配电站一次设备无特殊要求、适应于各种运行方式、且在各种运行方式下保护不需要切换等优点，为目前电力系统380V～35kV中低压母线保护提供了理想的解决方案，实现了对配网开关设备的弧光故障的监测与保护，保证了电网的安全稳定运行；有效的增强了对变压器、配电开关柜等设备的防护措施，消除了弧光产生故障可能对设备和人身产生的安全隐患：

1）全数字化设计，整定参数时无需拨码开关及电位器等机械元件，精度高，无振动、磨损等隐患。

2）弧光信号可在采集单元之间串行传输，从而使监测点的数量可任意增加，且大大减少了传输光纤的成本。

3）动作判据可设，动作判据可设置为弧光加电流或仅弧光。

4）弧光探头330度大角度采集弧光信号，保证动作的准确性和可靠性。

5）定时发送光秒脉冲信号，检测光纤回路是否有破损及断开等故障隐患。

3.应用情况

基于该研究成果，在石家庄奥北公元小区开闭所安装了14套配电弧光保护装置，目前该配电弧光保护装置运行稳定可靠。配电站开关柜弧光保护系统的投入使用，消除了弧光产生故障可能对设备和人身产生的安全隐患，保护运维人员人身和开关柜及柜内设备的安全，可实现快速切除开关柜本体故障，能在开关柜耐受燃弧时间以内切除故障，从根本上限制故障电弧，将大限度地限制弧光故障对开关设备的损坏，并降低对配网运维人员的伤害。限制开关设备的损坏，即阻断了故障发展的可能性，从而可避免上级变电站主变压器长时间遭受短路电流的冲击而损坏。配电弧光保护装置有效的限制了弧光短路故障损坏开关设备及上级变压器，为电力企业节省了对设备的大量维护费用，各方面提升生产现场的作业水平，达到安全生产的目的。

4.安科瑞 ARB5系列弧光保护的原理及系统组成

弧光保护装置通过弧光+电流突变量双重判据或弧光单判据启动保护，其动作时间为

弧光单判据动作时间≤7ms；

弧光+电流双判据时间≤20ms。

ARB5系列弧光保护装置由ARB5-M主控单元、ARB5-E扩展单元、ARB5-S弧光探头、弧光光纤以及尾纤等配件构成。

型号

主要功能

技术参数

ARB5-M弧光保护主控单元

8组弧光保护

可选配4块采集板，1块采集板可采集5路探头，共支持20路弧光探头直接采集。

亦可选配4块主控板（即可接入4台ARB5-E扩展单元）1块主控板可接收6块采集板的探头，共支持120路弧光探头采集。

4组失灵保护

4组电流回路TA监测

4组三相电流采集

11路可编程跳闸出口

非电量保护

装置故障告警

2路RS485

2路以太网

1路打印接口

1路IRIG-B码对时接口

支持IEC61850、modbusRTU、modbusTCP、IEC103

支持GOOSE输入输出（选配）

ARB5-E弧光保护扩展单元

弧光信号采集

可选配6块采集板，1块采集板可采集5路探头，共支持30路弧光探头直接采集。

模拟状态传输

需要配合ARB5-M主控单元使用

ARB5-S弧光探头

弧光信号监测

点式弧光传感器，可安装于母线室、电缆室或断路器室。

现场调试及工程服务费

视项目情况核价

5.结语

配电弧光保护装置为中低压母线提供了一个理想的防护解决方案，可以保护运维人员人身和开关柜及柜内设备的安全，当现场柜体中产生弧光时，能够做到快速判断、切断电源，减少停电范围，保证了电网的安全稳定运行，有效的增强了对变压器、配电开关柜等设备的防护措施，提升了安全生产管理水平、社会和经济效益及效果显著，具备良好的应用效果和推广前景。

参考文献：

[1]王代远，朱庆洋，李云玲.新型配电弧光保护装置的研究和应用

[2]李从飞；陈凡,鲁雅斌,田伟.DPR360ARC弧光保护系统设计[J]；电力系统保护与控制；2010年12期

[3]徐东晟,邱志人.快速灭弧开关在中压开关柜上的应用[J]；科技与企业；2012年24期

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版．

[5]安科瑞用户变电站变配电监控解决方案2021.10

聚力向“新” 奋力提“质”丨中国电信量子科技亮相数字中国建设峰会

5月23日至27日，中电信量子集团携量子安全云、量子安全通话、“天衍”量子计算云平台等20余项展品亮相第七届数字中国建设峰会·智算云生态大会，全面展示中国电信在量子领域的技术进展、产品成果、平台能力和应用场景案例。大会同期举办以“新质领航 量见未来”为主题的2024量子信息论坛，正式发布中国电信（安徽）四算融合试验场。

齐聚量子论坛 共筑产业生态

5月24日，量子信息分论坛在榕举办，以“新质领航 量见未来”为主题，通过专题报告、成果发布、主题演讲等环节，聚焦量子通信、量子计算等前沿技术研究，探索量子科技在多领域的创新应用，打造新质生产力“未来引擎”。中国电信副总经理唐珂，中国科学技术大学教授、博士生导师、国家重点研发计划项目负责人、“祖冲之号”量子计算原型机总师朱晓波，量子科技产学研创新联盟副秘书长、中国信息协会量子信息分会会长赵勇等量子信息领域专家学者，华为、中科弧光量子、中兴通讯、烽火通信等企业代表出席本次论坛并演讲。

唐珂在致辞中表示，现阶段，持续加强量子信息领域科研规划与布局投入，掌握核心技术，促进应用探索和产业培育已经成为全球各主要发达国家在科技、政策领域的关注焦点和普遍共识。中国电信将坚定量子科技产业发展的方向，持续推动量子科技基础研究和技术研发成果向多行业领域的融合创新应用，发挥央企在建设现代化产业体系、构建新发展格局中的科技创新、产业控制、安全支撑作用，始终坚持开放合作的理念，与广大科研院所合作，共同探讨量子信息技术在云计算、大数据、人工智能等领域的应用前景和生态建设。

论坛上，中电信量子集团总经理吕品以“新质领航 量见未来”为主题发表主旨演讲。他介绍道，中电信量子集团2023年5月在合肥成立，作为中国电信股份有限公司全资子公司，首创一系列量子通信技术成果，积极发挥引导聚合作用，着力推动量子计算协同攻关，持续开展量子产业科普宣传，协同合作伙伴构建产业链生态，以量子赋能推进高质量发展，以产业引领共建新质生产力。

算力作为新质生产力，已成为衡量数字经济发展的关键指标。此次论坛上，中国电信股份有限公司安徽分公司联合中电信量子信息科技集团有限公司、天翼云科技有限公司、合肥市大数据资产运营有限公司正式发布中国电信（安徽）四算融合试验场，以天翼云（安徽）智算中心为基地，融合“天衍”量子计算云平台和天翼云“一云多算”能力底座，打造通、智、超、量“四算”融合试验场。

论坛现场，中国科学技术大学教授、博士生导师、国家重点研发计划项目负责人“祖冲之号”量子计算原型机总师朱晓波介绍了超导量子计算的技术背景和发展现状。“没有量子优越性就没有任何提供真正算力的可能。”朱教授用一句话指出量子计算走向可通用化的困难。

他表示，随机线路采样是展示量子计算优越性的基本门槛，而这其中，“优越性”的定义就是可以在一个特定问题上超过经典计算机。目前，国内的“祖冲之号”在单比特门错误、双比特门错误、读取错误等标定量子处理器基本性能的指标参数上明显优于美国谷歌的悬铃木芯片。“为了保持我们在超导体系量子计算的领先优势，我们会持续做更深度的量子优越性实验，否则所有的东西都是镜花水月，与谷歌等国际量子计算团队的竞争也会持续存在。”朱教授表示。

量子场景应用 亮相数字盛会

量子科技赋能千行百业，本次云生态成果展，中电信量子集团共在云生态大会智能云成果展、数字博览会展区参展设置两个展区，重点展出量子+DICT全场景能力、量子安全云、量子安全通话、天衍量子计算云平台、量子安全观等量子科技成果。

在量子安全云板块中， 量子安全 SD-WAN、量子安全OTN设备作为全新产品亮相大会。量子安全 SD-WAN依托中国电信优质的网络资源和天翼云资源，将SDN技术、商密算法、量子密钥分发等技术融合到广域网场景中，打造国密量子SD-WAN产品，提供低成本、高安全的跨广域量子加密专线服务。量子安全OTN设备则面向算力专网、数据中心、云间互联场景的400G OTN光传送平台具备超大容量、超级安全、超高能效、超强智能等特点。产品支持基于量子密钥和国密算法的业务加密模式，加密业务容量支持GE-400GE。

在量子安全通话领域，中电信量子集团首次展出量子密话警务通终端，该终端融合“量子密钥+双系统定制终端+国产芯片+国密算法”，打造量子密话警务通双系统定制终端实现身份认证、一话一密、无惧破译，全面保障用户终端安全、通话安全、身份安全、数据安全。

中国是目前世界上唯一在超导量子和光量子两种物理体系上都实现“量子计算优越性”的国家，而超量融合的量子计算云平台是量子计算走向实用化的主流形式。2023年，中电信量子集团发布全球首个具备“量子计算优越性”的“天衍”量子计算云平台，接入全国性能领先的超导量子计算真机并实现高性能量子计算仿真机，支持超算及量子计算任务的云上混合调度，推动量子计算在量子化学研究、新药新材料开发、能源气象模拟、人工智能等场景的应用。此次大会，观众也可现场体验量子计算的魅力。

创新驱动发展 赋能数字中国

当前，我国数字经济已经按下加速键，数字中国建设和新质生产力的构建是推动数字经济高质量发展的重要力量。发展新质生产力，技术创新和产业升级是核心引擎。而量子科技具备颠覆式创新潜力，是构建新质生产力推动高质量发展的关键发力点。

中国电信在量子科技领域积极探索、及早行动，发挥了产业链聚合主导作用。2023年5月，中国电信正式成立了中电信量子信息科技集团有限公司，注册资金达30亿元，立足“全球领先的量子科技企业”的目标定位。

目前，中电信量子集团正整合中国电信量子信息领域资源，积极推动量子科技前沿技术研发。中电信量子集团聚焦量子科技攻关，将量子安全技术融入中国电信主业务，形成“量子+通话” “量子+网” “量子+云” “量子+平台”四大业务方向，构建“量子+DICT”全场景能力体系。成立以来，正全力加快推进量子通信产业化和量子计算实用化，推出的量子通信产品已有20多项，应用范围涵盖政务、应急、工业、金融等10多个行业。

持续完善业务布局的同时，中电信量子集团也在促进产学研协同发展，为量子科技和产业向前奔跑加码助力。2024年1月，中电信量子集团获批牵头安徽省量子信息产业创新研究院，3月，中电信量子集团获批国务院国资委首批启航企业。目前，中国电信已参与制定24项国家及行业标准。此外，还申请了专利88项，申请知识产权139项，获批量子SIM卡、量子密码机等11项商密证书。立足产业报国，打造量子科技核心竞争力，中电信量子集团将坚持一流标准，勇于追求卓越，为建设科技强国、保障国家安全贡献电信力量。

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