安科瑞刘鸿鹏

摘要  

随着电力系统规模的扩大和复杂度的提高，传统的继电保护方式难以满足快速故障检测和定位的要求。弧光保护装置（如ARB5系列）通过实时监测弧光信号和电流变化，为配电系统提供了可靠的故障保护方案。本文介绍了ARB5弧光保护装置的主要功能、技术特点和典型应用场景，探讨了其在现代配电系统中提高安全性和可靠性的作用。

1. 引言  

电弧故障是中低压配电系统中常见且危害严重的故障类型，易引发设备损坏和火灾事故。传统的保护方式由于响应速度较慢、定位能力不足，难以及时防止弧光故障的扩展。弧光保护装置通过检测电弧光信号并结合电流信息，可以快速识别故障，及时切断故障点，提高系统安全性。

2.弧光产生的原因

电弧光的产生原因主要与电气系统中电压升高、绝缘损坏、导电路径异常等因素有关，具体包括以下几类：

2.1绝缘失效  

老化：设备的绝缘材料在使用后可能出现老化、裂纹或性能下降，导致电弧产生。  

环境影响：潮湿、高温或污染环境可能降低绝缘性能，增加局部放电的风险，从而引发电弧。  

2.2短路故障 

导线接触：相线之间或相线与地线意外接触可能形成短路，电流瞬间增大，导致电弧产生。 

设备损坏：断路器、母线、开关等设备内部短路也可能形成电弧。  

2.3过电压现象 

雷击过电压：雷电感应可能导致电压瞬间升高，超过绝缘耐受能力，引发电弧。  

操作过电压：电力系统中开关操作或负荷突变可能引起暂态过电压，导致弧光放电。

2.4接触不良

松动的接头：导线或接头未连接牢固可能导致电流不稳定，产生局部过热并引发电弧。  

腐蚀或氧化：导电部件表面的腐蚀或氧化层增加了接触电阻，易产生高温和电弧。

2.5过载运行

电气设备长时间超额定负载运行会导致导体过热，绝缘材料劣化，最终引发电弧。

2.6开关设备操作  

在断路器或开关操作过程中，接触点分离时电流可能产生电弧，尤其是在高压设备中。  

2.7电力设备设计缺陷或安装不当  

设备间距不足、结构设计不合理，可能增加局部电场强度，导致电弧放电。  

设备安装过程中的误接线或固定不牢固也会成为电弧的诱因。

2.8环境条件恶劣

湿度过高：潮湿环境容易形成导电路径，引发电弧。  

污染：工业环境中的粉尘、盐雾或酸性气体会加速绝缘表面污秽，导致闪络现象。  

2.9人为误操作  

维护不当：带电设备的误操作或维护工具接触带电部件可能直接引发电弧。  

错误接地：错误或不规范的接地操作可能导致电弧故障。   

电弧光的产生原因主要涉及绝缘问题、短路故障、环境条件以及人为因素等。为了有效减少电弧的发生，需通过规范设备设计、加强维护管理以及安装弧光保护装置（如ARB5弧光保护系统）来防控风险。

3.电弧光的危害

电弧光的危害主要包括以下几个方面：

3.1高温损害 

极高温度：电弧光产生的温度可高达20,000℃，足以熔化金属和绝缘材料，导致设备严重损坏甚至报废。  

火灾风险：高温可能引燃周围的绝缘材料、电缆或其他可燃物，从而引发火灾事故。  

3.2冲击波危害 

高压气浪：电弧释放的高能量会迅速膨胀空气，产生强大的冲击波，可能导致设备机械部件变形或破裂。  

人员伤害：冲击波可能对周围人员造成物理冲击，导致骨折或内脏损伤。

3.3强光辐射危害  

热辐射：电弧光辐射的热量能灼伤皮肤，并对附近材料产生热破坏。  

紫外线与红外线伤害：强烈的紫外线辐射可导致皮肤灼伤，红外线会引起皮肤和眼睛的热损伤。  

3.4电磁辐射危害 

电弧光会产生强烈的电磁辐射，对周围敏感设备（如通信设备和控制系统）造成干扰，甚至引发误操作或故障。

3.5声波冲击

高分贝噪声：电弧放电伴随强烈的噪声，可能达到140分贝以上，暴露可能对听力造成不可逆的损伤。

3.6电力系统故障扩展

连锁反应：电弧故障可能导致系统短路，触发大范围停电，甚至引发区域性电网崩溃。  

设备损坏：电弧可能扩展至其他设备，如断路器、母线和变压器，导致二次故障和经济损失。

3.7人员生命安全威胁  

烧伤与爆炸伤害：直接暴露于电弧下的人员可能遭受严重烧伤或爆炸冲击。  

视力损伤：裸眼接触电弧光会导致光化学性眼灼伤，严重者可能失明。  

电弧光的危害涉及高温、强光、冲击波、有毒物质等多方面，不仅对设备有破坏性，对人员也存在致命风险。因此，及时有效的电弧保护技术（如ARB5弧光保护装置）对于电力系统安全至关重要。

4. ARB5弧光保护装置 

4.1型号说明

ARB5系列弧光保护解决方案，其主要器件有ARB5-M主控单元、ARB5-E扩展单元、ARB5-S弧光探头、塑料光纤和尾纤。

4.2装置组成  

ARB5弧光保护系统由以下组件构成：  

ARB5-M主控单元：负责弧光信号的处理与动作控制。  

ARB5-E扩展单元：可扩展弧光信号采集通道数量。  

ARB5-S弧光探头：用于实时监测弧光信号。  

连接光纤：用于主控单元、扩展单元及探头间的信号传输。  

4.3主要功能  

弧光保护：快速检测弧光故障，支持多达8组弧光保护单元。  

失灵保护：当保护装置未能成功切除故障时，启用后备保护。  

断链监测：实时监控弧光探头与采集装置间的连接状况，避免误报。  

故障录波：采用COMTRADE标准格式保存故障前后的电气参数，为后续分析提供数据支持。  

数字化变电站接口：符合IEC61850通信规范（标配），支持SV输出（选配）、GOOSE输入输出（选配），支持传统互感器、模拟量小信号或电子式互感器接入。

通讯功能：采用ARM9独立微处理器进行通讯管理，可提供2路RS485（标配1路）、2路以太网通讯接口、1路打印接口和1路IRIG-B码对时接口；通讯协议支持IEC61850、Modbus RTU、Modbus TCP、IEC103。各功能单元与主控计算机（或通信管理机）进行通讯，可实现遥测、遥信、遥控、保护定值设定及查询、装置工作状态、SOE事件记录、录波数据等传输功能。

4.4技术特点  

高响应速度：弧光单判据响应时间小于7ms，弧光电流双判据响应时间小于20ms。  

灵活配置：支持多种保护判据（仅弧光、弧光与电流结合）。  

多通道支持：每个主控单元最多支持120个弧光探头，适应复杂配电环境。  

通信能力强：支持IEC61850、Modbus和DL/T 103等多种通信协议。  

扩展功能：：同一插槽位置可配置不同功能板件，很方便实现开入、开出等通道的扩展。

自检功能：具备软、硬件实时自检、硬件配置自动识别与报警功能。

可编程逻辑功能：各保护功能、继电器、开入量具有逻辑组态功能，用户可以现场根据需要来进行设定：保护动作出口和信号输出可自由整定、开入量可通过设定实现非电量保护功能和闭锁保护功能。

友好人机界面：大屏幕图形液晶显示，动态显示实时波形图、故障录波图、各种电气参数及保护信息。中文菜单提示，操作快捷方便。

SOE事件记录：在线记录事件量达1024条，先入先出（FIFO）动态刷新，带有时间标记，掉电不丢失。

故障录波功能：采用COMTRADE标准录波格式，可记录20个录波报告，可将故障前、故障中、故障后的电流、电压、断路器状态和保护信息完整真实记录下来，为用户进行故障分析提供依据。

故障自动推画面功能：当保护动作或者有告警信息时，装置自动弹出画面，提示用户动作或者告警的保护。

调试接口：装置具有专门的以太网调试接口，通过专用配置软件，可以就地和远方实现程序升级、定值设定、故障分析，提高了用户的使用和维护方便性，提高了工作效率。

电磁兼容：装置强弱电严格分开，采取硬件、软件抗干扰措施，装置的抗干扰能力大大提高，对外电磁辐射满足相关标准。

全封闭机箱：采用全封闭半层4U标准机箱，机箱深度较小，既适合集中组屏安装，也可开关柜分散安装；独特机箱设计方便拼接。

4.5技术参数

4.6设备规格

5. 应用场景  

5.1 中低压母线保护  

ARB5弧光保护装置可广泛应用于10kV及以下配电系统的母线保护。通过在母线室和断路器室布置弧光探头，可以实现的故障覆盖，快速定位电弧源头，减少设备损坏。

5.2 工业及商业配电系统  

在工业和商业场景中，配电系统复杂且用电设备多样化，ARB5装置的多通道监测能力可满足分布式保护需求，降低运行风险。

5.3 特殊环境应用  

对于空间受限或环境苛刻的配电场景，ARB5装置的小型化设计和高抗扰性能使其能够稳定运行，并支持远程监控与调试。

6. 应用优势  

6.1 快速故障响应  

相比传统保护装置，ARB5的弧光保护功能响应速度更快，可以在故障发生后20ms内切除电弧，避免事故进一步扩大。

6.2 定位与多点监控  

ARB5支持120路弧光探头接入，可实现多点监测，快速确定故障位置，为运维提供便利。

6.3 综合保护功能  

集成弧光保护、失灵保护、非电量保护等功能，实现了故障防护，减少单点保护的局限性。

6.4 数据记录  

SOE事件记录功能可记录多达1024条故障信息，结合故障录波功能为事故分析和决策优化提供支持。

展望与结论  

ARB5弧光保护装置通过弧光检测与快速响应，为现代配电系统提供了可靠的安全保障。未来，随着智能电网技术的发展，弧光保护装置将进一步集成AI分析功能，实现对复杂故障的预测和主动防御，为配电系统的安全运行提供更有力的支持