近几年来，随着电力工业的快速发展，35kV中低压开关柜的应用数量越来越多，由于开关柜弧光短路故障引发的中低压母线故障时有发生，并且也发生过主变压器由于遭受外部短路电流冲击损坏的事故，经济损失严重; 另一方面，用户对供电的可靠性要求也越来越高: 因此，电业局在35kV开关柜装设了快速母线保护———电弧光保护。

1、装设电弧光保护的必要性

1.1 开关柜内部燃弧耐受时间

当开关柜内部弧光短路故障时, IEC298 标准附录AA 中规定的内部燃弧时间是100 ms, 也就是说,开关柜可以承受的电弧燃烧时间, 即保护动作和断路器切除故障的时间之和应小于100 ms 才能达到保护该开关柜的目的。目前市场上销售的开关柜基本上是按照IEC298 标准生产的, 也就是说, 开关柜可以承受的电弧燃烧时间为100 ms。表1 为国外对各种燃弧持续时间下进行试验得出的对设备造成的损害程度。

1.2 变压器动稳定时间及中低压母线保护动作时间的要求

国标规定的110 kV 及以上电压等级的变压器的热稳定允许时间为2 s, 动稳定时间为0.25 s。但实际上, 在低压侧出口短路故障时过流后备保护切除动作时间往往在2 s 以上, 距变压器的动稳定时间要求0.25 s 相差甚远, 这也是造成变压器损坏的重要原因。

1.3 现有的中低压母线保护方式及存在的问题

1.3.1 变压器后备过流保护

这是目前国内应用广泛的中低压母线保护方式( 乌海电业局也是应用的这种保护方式) 。由于考虑到与馈线和母线分段开关的配合, 保护跳闸时间一般整定为1.0~1.4 s, 有的甚至更长, 达2.0 s 以上。这一动作时间远远不能满足快速切除中低压母线故障的要求。

1.3.2 馈线过流保护闭锁变压器过流保护

近年来利用馈线过流元件闭锁变压器过流保护的应用较为广泛, 与变压器后备过流保护方式相比其动作速度有了一定的提高, 典型动作时间为300~400 ms。但对于要求100 ms 以内切除故障的, 显然不能满足要求。

1.3.3 采用环流原理的高阻抗母线保护

这种保护方式典型的保护动作时间为35~60ms。考虑到断路器的分闸时间, 这一动作速度对要求100 ms 以内切除故障来说也慢。并且这种保护方式的接线复杂, 对TA 的质量要求高, 安装在有很多出线的6~35 kV 母线上非常困难, 也不经济。此外, 由于其保护范围受到TA 安装位置的限制, 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。因此并不适合应用于中低压母线保护。从实际应用情况来看, 现有的保护方式显然不能满足快速切除母线故障或保护覆盖范围的要求,因此, 在中低压母线和开关柜装设一种快速的母线保护是必要的, 也是迫切的。

2、新型电弧光母线保护系统

2.1电弧光保护原理

电弧光保护原理很简单, 主要动作依据为故障产生的两个不同因素: 弧光及电流增量。当同时检测到弧光和电流增量时发出跳闸命令。也就是说, 当系统发生故障时, 弧光传感器将弧光信号转化为电信号, 通过I/O 辅助单元传给主单元, 主单元再通过检测电流信号并且达到启动值, 即发出跳闸信号。电弧光保护能快速切除中低压母线故障, 保证输配电网的运行。目前, 电业局五福变电站、宝山变电站35 kV 母线已安装了LKEAP 电弧光保护, 运行效果良好, 并可作为参考, 广泛地应用在其他中低压母线上, 发挥其应有的作用。

　　电力电缆具有供电可靠，适宜煤矿井下特殊环境而在矿山得到了广泛应用。常用高压电力电缆主要有纸绝缘绕包型、交联聚乙烯绝缘挤包型及橡胶绝缘挤包型等。井下电缆运行环境相对比较恶劣，生产负荷不均匀性等综合外界因素，致使电缆容易发生故障，影响供电可靠。正确分析电缆故障产生的原因，了解电缆敷设环境，确切判断出电缆故障性质，选择合适的探测方法，快速、准确地判定出故障点，能够提高供电可靠性，减少故障修复费用及停电损失。

　　1 电缆故障分析
　　1.1 故障原因
　　（1）机械损伤引起的电缆故障占电缆事故很大比例。安装时碰伤电缆、机械牵引力过大而拉伤电缆及过度弯曲而损伤电缆；直接受外力损坏以及自然现象造成的损伤，如车辆挤压、岩石冒落砸伤、环境腐蚀等，易造成电缆本体故障。
　　（2）绝缘受潮主要是中间接头、终端接头安装工艺不良造成密封失效而导致潮气侵入，破坏绝缘性能。
　　（3）绝缘老化变质电缆绝缘介质内部气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降；过热也会引起绝缘层老化变质造成绝缘下降。
　　（4）过电压大气过电压与操作过电压、故障暂态过电压作用使电缆绝缘击穿形成故障。
　　（5）设计和制造工艺不良中间接头和终端接头的防潮、电场分布设计不完善、材料选用不当、制作工艺不良、不按操作规程要求制作等，都会造成电缆头绝缘故障。
　　（6）材料缺陷电缆本身绝缘层材料缺陷；包缠绝缘层过程中，绝缘层上出现褶皱、裂损、破口和重叠间隙等缺陷；电缆接头附件制造缺陷，不符合规程或组装时不密封等；对绝缘材料维护管理不善，造成电缆绝缘层受潮、脏污和老化。
　　1.2 故障性质
　　电缆故障从形式上可分为串联与并联故障。串联故障指电缆一个或多个导体断开；并联故障是指导体对外绝缘层或导体之间的绝缘下降，不能承受正常运行电压。现场实际故障形式有许多种组合，运行经验统计，高压电缆故障大部分是单相对地绝缘下降引起故障。电缆故障等效电路如图1所示。
　　根据故障电阻Rf与击穿间隙G,电缆故障性质分为开路、低阻、高阻与闪络性故障。开路故障Rf≈∞，击穿间隙G在直流或高压脉冲作用下击穿。低阻故障Rf一般小于100Ω，可用高压脉冲击穿；高阻故障绝缘电阻Rf一般大于400Ω，可用高压脉冲击穿。闪络性故障绝缘电阻Rf≈∞，可用直流高压或高压脉冲击穿。预防性试验中发生的故障多属闪络性故障。现场还有一种封闭性故障，多发生于电缆接头和电缆外护套无明显破损痕迹的电缆本体，在某一试验电压下绝缘击穿，待绝缘恢复，击穿现象便消失，但不能维持正常运行电压。
　　2 电缆故障探测
　　2.1故障探测步骤
　　电缆故障探测一般要经过判断、测距、定点3个步骤。
　　（1）电缆故障性质判断
　　应初步了解电缆敷设、故障及修复情况、故障发生地点及排除经过、电缆规格、绝缘方式、接头形式、绝缘种类、接头的精确位置、周围环境情况以及运行、校验情况，包括试验电压、时间、泄漏电流及绝缘电阻数值、历史故障记录等。这些情况对确定故障类型与严重程度是十分重要的。现场可根据故障发生时出现的各种信号指示、跳闸范围等现象，初步判断故障性质。利用兆欧表测量电缆绝缘电阻值，短路放电火花大小判断绝缘状况，用万用表进行导通试验，判定故障电阻是高阻还是低阻；闪络性还是封闭性故障；是接地、短路、断线，还是组合型故障；是单相、两相还是三相故障。统计煤矿井下电缆故障情况，高阻及闪络性故障占总数的95%之多，一般多为相间或相对地高阻或低阻故障，而泄漏性高阻为常见，且绝大多数故障集中表现在各种电缆头上。
　　（2）电缆故障测距
　　根据电缆故障性质和电缆敷设状况，现场常用行波法进行故障测距，即在电缆一端使用测试仪器确定故障距离。低阻、短路、断路故障采用低压脉冲反射法，通过观察故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差测距。通过识别反射脉冲的极性，判定故障的性质及计算故障点距离。断路故障反射脉冲与发射脉冲极性相同，短路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反。高阻与闪络性故障应用脉冲电压法和脉冲电流法，使用测试仪器使电缆故障在直流高压或脉冲高压信号作用下击穿，仪器测试故障击穿产生的脉冲信号，通过观察放电电压脉冲在观察点与故障点之间往返一次的时间测距。脉冲电流法与脉冲电压法区别在于：脉冲电流法是通过线性电流耦合器测量电缆故障击穿时产生的电流脉冲信号；脉冲电压法是通过电容、电阻、电感分压器测量电压脉冲信号，仪器与高压回路有电的耦合。井下常用电压脉冲法测试故障电缆，其接线原理如图2所示。
　　该测试方法适用于泄漏性高阻故障及闪络性高阻故障。图中已充电的大容量电容器作为大功率直流电源，通过球隙击穿短路将电压加到故障电缆使故障点闪络放电形成短路，球间隙击穿后，由闪测仪记录脉冲波形并进行复杂的数学处理，计算出故障点距离。根据电缆型号及故障性质，调节球间隙间距使电缆承受的高冲击电压为电缆耐压值的3~5倍，使故障点充分放电。
　　（3）故障定点
　　电缆故障定点常用方法有冲击放电声测法、音频感应法、声磁同步检测等。煤矿井下电缆裸露悬挂较多，现场采用冲击放电声测法定点比较直观、简单、方便。即利用闪测仪初步计算出故障点距离，判断出故障点大概位置，利用故障点冲击闪络放电与球间隙击穿放电同步的原理进行故障定点。故障点击穿放电，产生较强的机械振动，便听到“啪”“啪”声音，利用这种现象在井下便可十分准确地进行故障定位。
　　2.2故障探测注意事项
　　（1）脉冲电压法使用电阻、电容分压器进行电压取样，与高压回路有电气连接，按照操作规程进行接线与拆线操作。装置使用完毕拆线前一定要用放电棒进行充分放电。
　　（2）储能电容对高频行波信号呈短路状态，应选用脉冲电容器，也可使用6 kV电力电容器，容量为1~4μF。
　　（3）严格按要求接线，高压发生器接地线与电容出线连接在一起接电缆外皮，尽量缩短电容与电缆之间的连线，高压设备、电容器外壳、电缆完好线芯一定要与接地网相连。
　　（4）调整球间隙，使通过球间隙加到电缆上的电压超过故障点临界击穿电压，故障点通过电弧短路击穿，有利于提高故障点放电产生的地震波强度，便于查找故障点。
　　（5）球间隙放电时间间隔取2~6 s,放电太快，易损坏控制设备，太慢不易区别外界干扰。
　　（6）冲击放电时，若接地不良，可能在电缆护层与接地部分之间有放电现象而误判断，特别在电缆裸出部分的金属部位，应仔细认真辨别真正故障点，故障点声音较响，且还会有振动、并伴有局部温升。
　　（7）输出引线与端子、电缆芯线要可靠接触，否则冲击放电时产生电弧，影响测量效果。

　　国际上公认的高低压电器的分界线交流是1kV（直流则为1500V）。为交流1kV以上为高压电器，1kV及以下为低压电器。高压电器是在高压线路中用来实现关合、开断、保护、控制、调节、量测的设备。一般的高压电器包括开关电器、量测电器和限流、限压电器。但有时也把变压器列入高压电器西安高压电器研究所是1958年在规划的西安开关整流器厂试验室基础上由一机部批准成立的，因该所当时明确为西安建设中的开关、电瓷、电容、绝缘和变压器厂开展研究开发、试验服务，涉及开关、变压器、保护电器、量测电器等，因此定名为高压电器研究所，该名称一直延续至今。

　　一、高压开关设备术语
　　1. 高压开关——额定电压 1kV 及以上主要用于开断和关合导电回路的电器。
　　2. 高压开关设备——高压开关与控制、测量、保护、调节装置以及辅件、外壳和支持件等部件及其电气和机械的联结组成的总称。
　　3. 户内高压开关设备——不具有防风、雨、雪、冰和浓霜等性能，适于安装在建筑场所内使用的高压开关设备。
　　4. 户外高压开关设备——能承受风、雨、雪、污秽、凝露、冰和浓霜等作用，适于安装在露天使用的高压开关设备。
　　5. 金属封闭开关设备；开关柜——除进出线外，其余完全被接地金属外壳封闭的开关设备。
　　6. 铠装式金属封闭开关设备——主要组成部件 （ 例如断路器、互感器、母线等 ） 分别装在接地的金属隔板隔开的隔室中的金属封闭开关设备。
　　7. 间隔或金属封闭开关设备——与铠装式金属封闭开关设备一样，其某些元件也分装于单独的隔室内，但具有一个或多个符合一定防护等级的非金属隔板。
　　8. 箱式金属封闭开关设备——除铠装式、间隔式金属封闭开关设备以外的金属封闭开关设备。
　　9. 充气式金属封闭开关设备——金属封闭开关设备的隔室内具有下列压力系统之一用来保护气体压力的一种金属封闭开关设备。
　　a. 可控压力系统； b. 封闭压力系统； c. 密封压力系统。
　　10. 绝缘封闭开关设备——除进出线外，其余完全被绝缘外壳封闭的开关设备。
　　11. 组合电器——将两种或两种以上的高压电器，按电力系统主接线要求组成一个有机的整体而名电器仍保持原规定功能的装置。
　　12. 气体绝缘金属封闭开关设备——封闭式组合电器，至少有一部分采用高于大气压的气体作为绝缘介质的金属封闭开关设备。
　　13. 断路器——能关合、承载、开断运行回路正常电流、也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过载电流 （ 包括短路电流 ） 的开关设备。
　　14. 六氟化硫断路器——触头在六氟化硫气体中关合、开断的断路器。
　　15. 真空断路器——触头在真空中关合、断的断路器。
　　16. 隔离开关——在分位置时，触头间符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及规定时间内异常条件 （ 例如短路 ） 下的电流开关设备。
　　17. 接地开关——用于将回路接地的一种机械式开关装置。在异常条件（如短路下，可在规定时间内承载规定的异常电流；在正常回路条件下，不要求承载电流。
　　18. 负荷开关——能在正常回路条件下关合、承载和开断电流以及在规定的异常回路条件（如短路条件）下，在规定的时间内承载电流的开关装置。
　　19. 接触器——手动操作除外，只一个休止位置，能关合、承载及开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。
　　20. 熔断器——当电流超规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔化而开断电路的开关装置。
　　21. 限流式熔断器——在规定电流范围内动作时，以它本身所具备的功能将电流限制到低于预期电流峰值的一种熔断器。
　　22. 喷射式熔断器——由电弧能量产生气体的喷射而熄灭电弧的熔断器。
　　23. 跌落式熔断器——动作后载熔件自动跌落，形成断口的熔断器。
　　24. 避雷器——一种限制过电压的保护电器，它用来保护设备的绝缘，免受过电压的危害。
　　25. 无间隙金属氧化物避雷器——由非线性金属氧化物电阻片串联和 （ 或 ） 并联组成且无 或串联放电间隙的避雷器。
　　26. 复合外套无间隙金属氧化物避雷器——由非线性金属氧化物电阻片和相应的零部件组成且其外套为复合绝缘材料的无间隙避雷器。
　　二、特性参量术语
　　1. 额定电压——在规定的使用和性能的条件下能连续运行的高电压，并以它确定高压开关设备的有关试验条件。
　　2. 额定电流——在规定的正常使用和性能条件下，高压开关设备主回路能够连续承载的电流数值。
　　3. 额定频率——在规定的正常使用和性能条件下能连续运行的电网频率数值，并以它和额定电压、额定电流确定高压开关设备的有关试验条件。
　　4. 额定电流开断电流——在规定条件下，断路器能保证正常开断的大短路电流。
　　5. 额定短路关合电流——在额定电压以及规定使用和性能条件下，开关能保证正常开断的电大短路峰值电流。
　　6. 额定短时耐受电流 （ 额定热稳定电流 ） ——在规定的使用和性能条件下，在确定的短时间内，开关在闭合位置所能承载的规定电流有效值。
　　7. 额定峰值耐受电流 （ 额定热稳定电流 ） ——在规定的使用和性能条件下，开关在闭合位置所能耐受的额定短时耐受电流一个大半波的峰值电流。
　　8. 额定短路持续时间 （ 额定动稳定时间 ） ——开关在合位置所能承载额定短时耐受电流的时间间隔。
　　9. 温升——开关设备通过电流时各部位的温度与周围空气温度的差值。
　　10. 功率因数 （ 回路的 ） ——开关设备开合试验回路的等效回路，在工频下的电阻与感抗之比，不包括负荷的阻抗。
　　11. 额定短时工频耐受电压——按规定的条件和时间进行试验时，设备耐受的工频电压标准值（有效值）。
　　12. 额定操作（雷电）冲击耐受电压——在耐压试验时，设备绝缘能耐受的操作 （ 雷电 ） 冲击电压的标准值。
　　三、操作术语
　　1. 操作——动触头从一个位置转换至另一个位置的动作过程。
　　2. 分（闸）操作——开关从台位置转换到分位置的操作。
　　3. 合（闸）操作——开关从分位置转换换到合位置的操作。
　　4. “合分”操作——开关合后，无任何有意就立即进行分的操作。
　　5. 操作循环——从一个位置转换到另一个装置再返回到初始位置的连续操作；如有多位置，则需通过所有的其他位置。
　　6. 操作顺序——具有规定时间间隔和顺序的一连串操作。
　　7. 自动重合（闸）操作——开关分后经预定时间自动再次合的操作顺序。
　　8. 关合（接通）——用于建立回路通电状态的合操作。
　　9. 开断（分断）——在通电状态下，用于回路的分操作。
　　10. 自动重关合——在带电状态下的自动重合（闸）操作。
　　11. 开合——开断和关合的总称。
　　12. 短路开断——对短路故障电流的开断。
　　13. 短路关合——对短路故障电流的关合。
　　14. 近区故障开断——对近区故障短路电流的开断。
　　15. 触头开距——分位置时，开关的一各触头之间或具连接的任何导电部分之间的总间隙。
　　16. 行程触头的　——分、合操作中，开关动触头起始位置到任一位置的距离。
　　17. 超行程——合闸操作中，开关触头接触后动触头继续运动的距离。
　　18. 分闸速度——开关分（闸）过程中，动触头的运行速度。
　　19. 触头刚分速度——开关合（闸）运程中，动触头与静触头的分离运动速度。
　　20. 合闸速度——开关合（闸）过程中，动触头的运动速度。
　　21. 触头刚合速度——开关合（闸）过程中，动触头与静触头的接触运动速度。
　　22. 开断速度——开关在开断过程中，动触头的运动的速度。
　　23. 关合速度——开关在开断过程中，运触头的运动速度。

1、针对性强，保护到位

中性点接地电阻柜适用于系统中性点采用小电阻或中电阻接地的场合。此时，电网出现单相接地故障时需立即跳闸切除故障线路。当电网出现单相接地时，接地电阻向接地点提供附加阻性电流，使接地电流呈阻容性质，从而保证产生的过电压不超过2.6倍的相电压。

2、结构紧凑，便于安装

中性点接地电阻柜将零散的Z型接地变压器（如系统无中性点引出则需加装）、电阻器、电流互感器、测量仪表、接地保护输出端子等电器设备整体组合在一个封闭金属柜内，而且可以选配隔离开关，成套供货，可靠性高，布置清晰整齐，便于安装调试及操作维护。

3、选材考究，充分保证产品质量

中性点接地电阻柜内的接地变压器为干式变压器，其一次绕组为“Z”形接线；电阻器采用不锈钢合金、镍铬合金等材料制成，导电率高、通流能力强、耐高温、高使用温度可达1600℃；温度系数≤ -0.045% /℃、阻值稳定、耐腐蚀、防燃防爆、可靠性高。

4、监测功能齐全，并提供模拟量输出

中性点接地电阻柜可配备电流互感器和智能控制器，正常时可监视中性点不平衡电流；出现单相接地故障时，可记录动作次数；且可给保护和监控系统提供模拟量输出；还可根据需要加装避雷器。同时应用户要求本设备可加装测控保护装置。