1. 概述
　　在電力系統(tǒng)中，35kV及以下電壓等級一般未裝設(shè)母線保護(hù)。但是中低壓母線上的出線多，操作頻繁，三相導(dǎo)體線間距離與大地的距離比較近，容易受小動物危害，設(shè)備制造質(zhì)量比高壓設(shè)備差，設(shè)備絕緣老化和機械磨損，運行條件惡劣，系統(tǒng)運行條件改變，人為和操作錯誤等原因，造成中低壓母線的故障幾率比高壓、超高壓母線高得多。但*以來，人們對中低壓母線的保護(hù)一直不夠重視，大多采用帶有較大延時的后備保護(hù)來切除母線上的故障，往往使故障被發(fā)展、擴大，從而造成巨大的經(jīng)濟損失。
　　近年來,由于各種原因開關(guān)設(shè)備被嚴(yán)重?zé)龤?，有的甚至發(fā)展成“火燒連營"的事故時有發(fā)生。而主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故也逐年增加，這些配網(wǎng)事故處理不當(dāng)甚至被擴大發(fā)展為輸電網(wǎng)事故，造成重大的經(jīng)濟損失，已引起電力部門的廣泛關(guān)注。究其原因大多是因為沒有裝設(shè)中低壓母線保護(hù)，未能快速切除故障造成的。所以，為了保證變壓器及母線開關(guān)設(shè)備的安全運行，根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求，迫切需要配置中低壓母線保護(hù)。
2.開關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時間及變壓器動作穩(wěn)定時間指標(biāo)
2.1 開關(guān)柜內(nèi)部電燃弧耐受時間
　　IEC298標(biāo)準(zhǔn)附錄AA中規(guī)定的內(nèi)部燃弧時間是100ms，目前市場上銷售的開關(guān)柜基本上是按照IEC298標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的。由于發(fā)生弧光故障在斷路器動作前，故障短路電弧是一直在燃燒的，即保護(hù)動作時間加上斷路器分閘時間之和，即為電弧燃燒的持續(xù)時間。也就是說，從保護(hù)開關(guān)柜方面考慮，保護(hù)動作時間應(yīng)在小于100ms切除故障以防止弧光短路故障進(jìn)一步發(fā)展擴大造成更大的危害。 
       電弧能量與燃燒時間及破壞作用

上表為實際發(fā)生各種燃弧時間下產(chǎn)生的電弧能量及對開關(guān)柜材料的損壞程度。 
下表為對增加開關(guān)柜內(nèi)部燃弧耐受時間和相應(yīng)增加成本進(jìn)行評估的結(jié)果。 
 
 
3. 開關(guān)柜弧光短路故障的防護(hù)措施
3.1 消極性防護(hù)措施
　　采用消極性防護(hù)措施的目的，是通過加強開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)來限制故障電弧產(chǎn)生的各種效應(yīng)，如加強開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)，密封隔離各單元室、設(shè)置釋放板和泄壓通道等。采用這種措施在一定程度上能減少損壞程度；另一方面，如果要采用通過加強結(jié)構(gòu)的方式來較大地提高開關(guān)柜的燃弧耐受時間的話，則需要增加很大的設(shè)備費用。
3.2 積極性防護(hù)措施
　　采用高速中壓母線保護(hù)切除故障以限制故障電弧的持續(xù)時間，從根本上限制故障電弧，消除其各種效應(yīng)對設(shè)備和人員的危害。如果中低壓母線保護(hù)能在開關(guān)柜耐受燃弧時間以內(nèi)切除故障的話，將zui大限度地限制弧光故障對開關(guān)設(shè)備的損壞; 從另一方面看，限制開關(guān)設(shè)備的損壞，即阻斷了故障發(fā)展的可能性，從而可避免主變壓器長時間遭受短路電流的沖擊而損壞。這也是目前迫切需要的zui有效的限制弧光短路故障損壞開關(guān)設(shè)備及變壓器的防護(hù)措施。
4. 現(xiàn)有的中壓母線保護(hù)方案及存在的問題
4.1變壓器后備過流保護(hù)方案:
　　這是目前國內(nèi)應(yīng)用zui廣泛的中壓母線保護(hù)方案。由于考慮到與饋線和母線分段開關(guān)的配合，保護(hù)跳閘時間一般整定為1.0 - 1.4秒，有的甚至更長，達(dá)2.0秒以上。這一動作速度很顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足快速切除中壓母線故障要求的。
4.2饋線過流保護(hù)閉鎖變壓器過流保護(hù)方案:
　　這是近年來微機過流保護(hù)在中壓饋線廣泛應(yīng)用，國外提出的利用饋線過流元件閉鎖變壓器過流保護(hù)的應(yīng)用較為廣泛的過流閉鎖式保護(hù)方案。這一方案與變壓器后備過流保護(hù)方案相比其動作速度有了一定的提高，典型動作時間為300 - 400ms。但對于要求100ms以內(nèi)切除故障顯然也是不能滿足要求。
4.3采用環(huán)流原理的高阻抗母線保護(hù)方案:
　　這是國外某些重要項目采用的電流差動中壓母線保護(hù)方案，典型的保護(hù)動作時間為35-60ms?？紤]到斷路器的分閘時間，這一動作速度對要求100ms 以內(nèi)切除故障。采用這種方案的接線復(fù)雜，對CT的要求高，安裝在有很多出線的6-35kV母線上有很多困難，也很不經(jīng)濟。此外，由于其保護(hù)范圍由于受到CT安裝位置的限制，不能保護(hù)到發(fā)生故障幾率較高的電纜室電纜接頭處的故障。因此也不適合中壓母線保護(hù)應(yīng)用。
　　從實際應(yīng)用情況來看，現(xiàn)有的保護(hù)方案不能滿足快速切除母線故障或保護(hù)覆蓋范圍要求，需要采用一種新型中壓母線保護(hù)系統(tǒng)，以解決目前實際運行中由于中低壓母線發(fā)生故障幾率較高、延遲切除故障導(dǎo)致故障發(fā)展、擴大，從而造成的巨大的經(jīng)濟損失的問題。 
5. 新型電弧光母線保護(hù)系統(tǒng)及應(yīng)用情況
5.1 系統(tǒng)組成
　BS622是一種快速可靠的中低壓母線保護(hù)系統(tǒng)，它采用檢測弧光和過流雙判據(jù)原理，具有原理簡單、動作可靠迅速、對變電站一次設(shè)備無特殊要求、適應(yīng)于各種運行方式、且在各種運行方式下保護(hù)不需要切換等優(yōu)點，為目前發(fā)電廠、變電站、工業(yè)及商業(yè)配電系統(tǒng)380V - 35kV中低壓母線保護(hù)理想的解決方案。
BS622電弧光保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由以下主要部件組成: 
                    
5.1.1主單元
　　主單元包含有電流檢測和斷路器失靈保護(hù)等主要邏輯控制，它通過檢測短路電流和來自弧光傳感器的動作信息，并對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷，發(fā)出跳閘信號以切除故障。該系統(tǒng)只要在同時檢測到弧光及紫外光和過流時才發(fā)出跳閘指令。在進(jìn)線斷路器未能動作切除故障時，它將啟動斷路器失靈保護(hù)邏輯，發(fā)出跳閘指令給上游斷路器切除故障。此外，主單元根據(jù)輔助單元傳送來的弧光傳感器的動作信息和溫度傳感器測量的溫度，提供弧光故障點的定位和溫度報警信息。
每個主單元zui多可接入20個擴展單元，它采用RS485總線與輔助單元通信。主單元中具有二進(jìn)制I/O接口供主單元之間交換過流和弧光傳感器動作信息，以實現(xiàn)有選擇性的切除母線故障。
5.1.2擴展單元
　　擴展單元安裝在開關(guān)柜中。每個擴展單元可接入16個弧光傳感器、1個便攜式弧光傳感器和1個溫度傳感器。擴展單元的地址通過拔碼開關(guān)設(shè)定。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光故障時，擴展單元收集來自弧光傳感器的動作信息并傳送給主單元，在主單元上顯示擴展單元和弧光傳感器的地址編號，有利于及時檢修和排除故障。
5.1.3弧光傳感器
　　弧光傳感器安裝在開關(guān)柜各間隔室中，可實現(xiàn)對由簡單到各種復(fù)雜接線中、低壓開關(guān)柜提供有選擇性的保護(hù)。弧光傳感器作為光感應(yīng)元件，將檢測在發(fā)生弧光故障時突然增加的光強，并將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號傳送給擴展單元。
5.1.4溫度傳感器
　　溫度傳感器可用于監(jiān)視開關(guān)柜內(nèi)部的關(guān)鍵部件（比如母線接頭）的溫度，在超過其整定值時主單元可發(fā)出報警信號。
　　BILSUM電弧光保護(hù)系統(tǒng)提供的動作時間為5-7ms，遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)母線保護(hù)方案。對開關(guān)柜各單元室的總故障清除時間可控制在100ms以內(nèi)。因此在發(fā)生弧光故障柜內(nèi)壓力和溫度急劇增加以前就可以切除供給的短路電流, 使損失減到zui小。開關(guān)柜在排除電弧故障原因后, 進(jìn)行有限清理工作后, 開關(guān)柜可繼續(xù)進(jìn)行工作，供電可迅速恢復(fù)。
5.2 應(yīng)用情況
　　BS622電弧光保護(hù)系統(tǒng)作為一種原理簡單、動作快速可靠、保護(hù)覆蓋范圍廣、安裝維護(hù)方便的電弧光保護(hù)系統(tǒng)，目前已有超過1300套BILSUM電弧光保護(hù)系統(tǒng)在1000V - 10kV高中低壓開關(guān)柜中投入運行，用戶遍及發(fā)電廠、變電站以及工業(yè)商業(yè)用戶等領(lǐng)域。
6. 結(jié)語
　　現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，配電網(wǎng)容量的逐漸增大，中低壓母線故障對電力系統(tǒng)安全運行的影響越來越嚴(yán)重。它不僅使中壓開關(guān)設(shè)備嚴(yán)重?zé)龤В斐伞盎馃B營"事故；而且可能損壞昂貴的變壓器，造成十分嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。此外，這些事故如果處理不當(dāng)還會發(fā)展為輸電網(wǎng)故障，嚴(yán)重危害整個電力系統(tǒng)的安全運行。因此，在配電系統(tǒng)引入適應(yīng)其故障模式的中低壓母線保護(hù)系統(tǒng)以快速切除中低壓母線故障，保證輸配電網(wǎng)的安全運行。 
　　隨著現(xiàn)代微機和光電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型母線保護(hù)原理和裝置不斷出現(xiàn)，為實現(xiàn)中低壓母線保護(hù)提供了各種解決方案。電弧光保護(hù)作為一種針對中壓開關(guān)柜故障特性開發(fā)的中低壓母線保護(hù)系統(tǒng)，具有原理簡單、動作可靠迅速、對變電站一次設(shè)備無特殊要求、適應(yīng)于各種運行方式、且在各種運行方式下保護(hù)不需要切換等優(yōu)點，為用戶提供了一個理想的中低壓母線保護(hù)解決方案。