必要性1: 國(guó)內(nèi)中壓開關(guān)柜保護(hù)的現(xiàn)狀和存在的問題

６ＫＶ（１０ＫＶ）廠用/配電中壓開關(guān)柜為全廠輔機(jī)/供電系統(tǒng)的供電樞紐。在發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，是否能迅速地切除故障，對(duì)全廠/配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。但是，按目前的保護(hù)方案：

中壓母線尚沒有配置任何專門的保護(hù)；而是由進(jìn)線開關(guān)的相關(guān)后備保護(hù)來兼顧的。但是進(jìn)線開關(guān)與出線開關(guān)的保護(hù)需要相互配合：一般速斷保護(hù)延時(shí)的級(jí)差至少為３００毫秒，甚至５００毫秒；而過流保護(hù)的配合級(jí)差更是長(zhǎng)達(dá)１－２秒。

所以，廠用/配電系統(tǒng)中壓母線上所發(fā)生的任何故障都至少要延時(shí)切除。換句話說，現(xiàn)有的廠用中壓母線能在第一時(shí)間切除故障的保護(hù)還是個(gè)空白。可是，我們只要稍加注意，就會(huì)不難發(fā)現(xiàn)不論是中壓開關(guān)母線的上游還是下游的諸多電氣設(shè)備無一沒有配有快速保護(hù)。相比之下，我們恐怕很難有充分的理由來說明，中壓母線的安全性可靠性不應(yīng)該受到不同樣的重視。鑒于中壓母線的重要地位，任何故障的延時(shí)切除，都是我們極為不愿意看到的狀況。因?yàn)殚_關(guān)柜內(nèi)的各種故障，其短路電流所產(chǎn)生的電弧及其大量的高溫，使柜內(nèi)氣體急劇膨脹，可在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到頂峰，嚴(yán)重危及人身和設(shè)備安全。

  必要性2：電弧光對(duì)人員及設(shè)備的傷害

  電弧光發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的高溫（弧光發(fā)生點(diǎn)的溫度是19427℃）灼燒人員皮膚；強(qiáng)光刺傷眼睛；感電侵害肌肉、神經(jīng)；爆破壓力（爆破點(diǎn)壓力為120kPa，而人體能承受的最大壓力為7.5 kPa）造成人員的墜落及碎片飛射；爆破音造成人員的耳膜、內(nèi)臟震動(dòng)損傷；毒氣傷害人員呼吸系統(tǒng)。 電弧光發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的大量氣體，其壓力波可造成盤體變形、破碎；電弧可使銅排氣化的體積膨脹，空氣因高溫而膨脹（壓力為120kPa）；爆破音造成盤內(nèi)強(qiáng)烈震動(dòng)，使固定元件松脫。高溫可造成電纜在100ms內(nèi)燃燒、及所有絕緣材料的燃燒，造成銅排、鋁在150ms內(nèi)燃燒熔毀氣化，并產(chǎn)生大量的濃黑有毒的煙氣，這些含有大量碳黑煙氣將以300M/s迅速擴(kuò)散至整段母線和開關(guān)柜，造成所有一次和二次設(shè)備表面的嚴(yán)重污染，使得絕緣電阻為零。

  由于開關(guān)柜為剛性連接，結(jié)構(gòu)緊湊，空間有限，使得任何方式的清理工作，都將是耗時(shí)，費(fèi)力的。更不用說受損設(shè)備的更換了。最為重要的是整段母線的停役，給全廠帶來的經(jīng)濟(jì)損失將是無法估量的。同時(shí)要想使設(shè)備的絕緣完全恢復(fù)到原來的水平幾乎是不可能的。以下為國(guó)外的資料介紹的各種燃弧時(shí)間下對(duì)設(shè)備造成的損壞程度：

35 ms沒有顯著的損壞，一般可以在檢驗(yàn)絕緣電阻后投入使用

100ms損壞較小，在開關(guān)柜再次投入運(yùn)行以前需要進(jìn)行清潔或可能的某些小的修理

500ms設(shè)備損壞很嚴(yán)重，在現(xiàn)場(chǎng)的人員也受到嚴(yán)重的傷害，必須更換部分設(shè)備更換才可以再投入運(yùn)行。

這里可能需要指出的是，電廠的廠用中壓母線的短路水平，即使是300MW等級(jí)的電廠，也達(dá)近３０ＫＡ－４０ＫＡ。這對(duì)于母線或開關(guān)柜內(nèi)的故障點(diǎn)來說，任何延時(shí)的切除，都將是不能容忍的。按照IEC62271-200規(guī)定，開關(guān)柜承受內(nèi)部燃弧時(shí)間僅為100ms。任何時(shí)間的延長(zhǎng)，都將超出開關(guān)柜本身的設(shè)計(jì)承受極限。這與開關(guān)的遮斷容量完全不是一個(gè)概念。

必要性3：低壓母線故障對(duì)變壓器的沖擊嚴(yán)重

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，一些地區(qū)的110kV及以上等級(jí)的變壓器在遭受穿越故障電流沖擊而直接導(dǎo)致?lián)p壞的事故，約占全部事故的50%以上。與前幾年相比呈大幅上升的趨勢(shì)。特別是變壓器低壓側(cè)出口（低壓母線）短路時(shí)形成的故障一般需要更換繞組， 嚴(yán)重時(shí)可能要更換全部繞組， 其后果和損失是何等的慘重。 按國(guó)際規(guī)定，１１０ＫＶ及以上等級(jí)變壓器的熱穩(wěn)定允許時(shí)間為２秒；動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間為０．２５秒，但實(shí)際上，在低壓側(cè)出口短路故障，靠過流后備保護(hù)切除的動(dòng)作時(shí)間往往在１－２秒以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變壓器的動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間. 所以, 可以說, 目前保護(hù)配置的不完善, 是造成變壓器損壞的重要原因. 設(shè)備受損與否，或輕重與否，關(guān)鍵是能否在第一時(shí)間將故障電流切除。

所以，針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的廠用和配電中壓母線保護(hù)配置的現(xiàn)狀，非常有必要增設(shè)快速保護(hù)。國(guó)內(nèi)一些專家也一直強(qiáng)調(diào)裝設(shè)專用中低壓母線保護(hù)的重要性，用戶也希望可以提供一種造價(jià)較低、原理簡(jiǎn)單、適用于6－35KV的母線保護(hù)，以最大限度減少母線故障對(duì)設(shè)備的損害，提高供電可靠性。專用母線電弧光保護(hù)不僅動(dòng)作速度快，可靠性高而且與其它專用母線保護(hù)相比有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。