在我國(guó)電力系統中母線電弧光(guāng)故障時有發生(shēng)。例如(rú)1992年(nián)浙江某電廠(chǎng)由于小動物造成廠(chǎng)用電一段母線燒毀；2005年(nián)山(shān)西某電廠(chǎng)檢修工(gōng)誤入開關間隔電弧光(guāng)事(shì)故造成二人(rén)重傷；2008年(nián)江蘇某電廠(chǎng)廠(chǎng)用電開關櫃在運行中爆炸造成機(jī)組停機(jī)；2008年(nián)浙江某供電局110/10KV變電站(zhàn)10KV開關櫃電弧光(guāng)爆炸造成一人(rén)死亡；2009年(nián)安徽某供電局220/35KV變電站(zhàn)35KV開關櫃誤操作(zuò)電弧光(guāng)事(shì)故造成一人(rén)死亡；2009年(nián)重慶某電廠(chǎng)廠(chǎng)用電進線櫃電流互感器絕緣電弧光(guāng)故障造成停機(jī)及廠(chǎng)用變壓器返廠(chǎng)維修；上海某電廠(chǎng)一期，湖南(nán)省某電廠(chǎng)，黑(hēi)龍江某電廠(chǎng)，廣東某供電局，甘肅某供電局都(dōu)曾有過沉痛的教訓。
母線電弧光(guāng)保護新技術(shù)産生(shēng)的背景
由于多年(nián)運行表明中壓開關櫃内部弧光(guāng)故障對人(rén)身(shēn)及設備帶來(lái)極大(dà)的損害，各國(guó)電力專家開始對電弧光(guāng)故障進行研究及認識。在世界上，大(dà)家公認的對電弧光(guāng)故障進行深入研究的人(rén)是Ralph Lee先生(shēng)。 在他(tā)的1982年(nián)美國(guó)電力電子工(gōng)程師(shī)協會（IEEE）論文裡(lǐ)Ralph Lee 先生(shēng)描述了電弧光(guāng)故障現象及對人(rén)身(shēn)的傷害。1987年(nián)，Ralph Lee先生(shēng)又發表了一篇IEEE文章(zhāng)討(tǎo)論了電弧光(guāng)故障産生(shēng)的聲音及壓力的作(zuò)用。
在1994年(nián)，美國(guó)勞工(gōng)部重大(dà)工(gōng)作(zuò)事(shì)故統計(jì)顯示全國(guó)範圍内6588起由于電流引起的觸電、火(huǒ)災及爆炸事(shì)故導緻548人(rén)死亡。美國(guó)芝加哥的Capelli-Shellpfeffer, Inc.咨詢公司報道過在美國(guó)每一天有5-10起由于電弧光(guāng)緻傷的人(rén)員(yuán)需要住院療傷。不需要住院的傷病人(rén)員(yuán)就(jiù)無法統計(jì)了。在1999年(nián)，美國(guó)電力科(kē)學研究院（EPRI）調查中指出在兩年(nián)的統計(jì)裡(lǐ)電力公司每一次電氣設備故障除了其所造成的直接損失之外，産生(shēng)的間接損失估計(jì)爲1575萬元美金。美國(guó)電力科(kē)學研究院（EPRI）還(hái)報告了在過去(qù)的十年(nián)裡(lǐ)，一家生(shēng)産企業每年(nián)平均有兩起電弧光(guāng)事(shì)故。
上個世紀80年(nián)代，在歐洲的國(guó)際電工(gōng)委員(yuán)會（IEC）修訂了其IEC298-1981标準。在附件(jiàn)AA中描述了中壓開關櫃内部電弧光(guāng)故障産生(shēng)的原因，解決方案及測試方法。2003年(nián)11月，國(guó)際電工(gōng)委員(yuán)會（IEC）制定了新的中壓開關櫃标準IEC62271-200代替了其IEC298-1990标準，新的标準在防止開關櫃内部弧光(guāng)故障對人(rén)身(shēn)及設備危害方面提出了更加嚴格的要求。 在北美，爲了提高安全生(shēng)産，加拿大(dà)電力和電子制造商協會（EEMAC）根據IEC298-1981的附件(jiàn)AA制定了EEMAC G14-1-1987在内部弧光(guāng)故障的條件(jiàn)下金屬铠裝開關櫃電阻的測試規則。在IEC298-1981及EEMAC G14-1-1987标準基礎之上，美國(guó)在2001年(nián)也出版了IEEE C37.20.7中壓金屬铠裝開關櫃内部弧光(guāng)故障的測試導則。
此外，美國(guó)在電力職業安全生(shēng)産方面針對電弧光(guāng)弧閃事(shì)故建立了相(xiàng)關标準和要求。美國(guó)國(guó)家防火(huǒ)協會（NFPA），作(zuò)爲美國(guó)國(guó)家電力規範（NEC）的一個補充，制定了NFPA 70E 2004 職業電力安全要求标準。 作(zuò)爲快(kuài)速度的專用母線電弧光(guāng)保護應運而生(shēng)。它不僅能很好地應用于新裝開關櫃裡(lǐ)也能方便地加裝到已運行的開關櫃中。其目标就(jiù)是使人(rén)身(shēn)傷亡及設備損害降到最低。
國(guó)内外中壓專用母線保護的應用情況
在國(guó)外由于各國(guó)政府的重視和指令性文件(jiàn)及規程規定，歐洲、北美、蘇聯及英聯邦諸國(guó)中壓開關配置各種專用母線保護的比率已超過95%。近年(nián)來(lái)由于中壓開關櫃标準（IEC62271-200）對防弧光(guāng)故障要求的提高，作(zuò)爲新技術(shù)的母線電弧光(guāng)保護大(dà)量的在中壓及低壓開關櫃配套使用。
廠(chǎng)用/配電系統的6KV（10KV）母線一般不配置專用的快(kuài)速母線保護是目前國(guó)内的典型設計(jì)做法，是符合國(guó)标《電力裝置的繼電保護和自(zì)動裝置設計(jì)規範》(GB50062－92)及現行的電力行業規程規範要求的。這一設計(jì)規範導緻了目前中壓開關櫃沒有專用母線保護。即專用母線保護“可(kě)用可(kě)不用”“景上添花”的局面。爲什麽35KV及以下的母線沒有配置專用的快(kuài)速母線保護？其中重要的原因之一是中壓母線故障絕大(dà)部分(fēn)情況下“沒有系統穩定性的問(wèn)題”。因此，長期以來(lái)人(rén)們對中低壓母線保護一直不夠重視。雖然國(guó)内外的中壓開關櫃的制造技術(shù)進步很快(kuài)，6KV（10kV）母線發生(shēng)故障的機(jī)率大(dà)爲減少，但(dàn)是由于廠(chǎng)用/配電的6KV
（10kV）系統出線多、操作(zuò)頻繁、容易受小動物危害、設備絕緣老化和機(jī)械磨損等原因，6KV（10kV）開關櫃故障時有發生(shēng)。在發生(shēng)母線短(duǎn)路(lù)故障時由于沒有配備快(kuài)速母線保護而未能在最短(duǎn)的時間裡(lǐ)切除故障以至嚴重的操作(zuò)人(rén)員(yuán)人(rén)身(shēn)傷亡事(shì)故發生(shēng)；個别開關櫃引發整段開關櫃“火(huǒ)燒聯營”的事(shì)故發生(shēng)，甚至波及到變壓器，造成變壓器的燒毀。
随着我國(guó)國(guó)民(mín)經濟的發展，我國(guó)對運行和檢修人(rén)員(yuán)的人(rén)身(shēn)安全、國(guó)家安全生(shēng)産規範及職業保險要求的要求不斷提高。在以人(rén)爲本的今天，我們絕不能因爲“沒有系統穩定性的問(wèn)題”而忽略了安全生(shēng)産。我國(guó)于2004年(nián)開始使用進口專用母線電弧光(guāng)保護，目前電力系統，尤其是發電系統，約70% - 80%的新建電廠(chǎng)均采用了專用母線電弧光(guāng)保護，一些電網公司，例如(rú)廣東、甘肅等也開始批量使用專用母線電弧光(guāng)保護。成功案例：2010年(nián)4月22日(rì)08：16（當日(rì)有雷雨(yǔ)），南(nán)方電網（廣東茂名110kV變電站(zhàn))10kV母線51PT櫃A相(xiàng)避雷器發生(shēng)爆炸；弧光(guāng)造成三相(xiàng)短(duǎn)路(lù)，随後弧光(guāng)保護動作(zuò)，在50ms内跳(tiào)開#1主變低側501開關，有效避免了開關櫃“火(huǒ)燒連營”重大(dà)事(shì)故的發生(shēng)。近期，其他(tā)省電力公司也高度重視，并開始了對快(kuài)速專用母線電弧光(guāng)保護的試點、評估及應用工(gōng)作(zuò)。
必要性1: 國(guó)内中壓開關櫃保護的現狀和存在的問(wèn)題
６ＫＶ（１０ＫＶ）廠(chǎng)用/配電中壓開關櫃爲全廠(chǎng)輔機(jī)/供電系統的供電樞紐。在發生(shēng)内部故障時，是否能迅速地切除故障，對全廠(chǎng)/配電系統的安全運行至關重要。但(dàn)是，按目前的保護方案：
中壓母線尚沒有配置任何專門(mén)的保護；而是由進線開關的相(xiàng)關後備保護來(lái)兼顧的。但(dàn)是進線開關與出線開關的保護需要相(xiàng)互配合：一般速斷保護延時的級差至少爲３００毫秒，甚至５００毫秒；而過流保護的配合級差更是長達１－２秒。
所以，廠(chǎng)用/配電系統中壓母線上所發生(shēng)的任何故障都(dōu)至少要延時切除。換句話(huà)說(shuō)，現有的廠(chǎng)用中壓母線能在第一時間切除故障的保護還(hái)是個空白(bái)。可(kě)是，我們隻要稍加注意，就(jiù)會不難發現不論是中壓開關母線的上遊還(hái)是下遊的諸多電氣設備無一沒有配有快(kuài)速保護。相(xiàng)比之下，我們恐怕很難有充分(fēn)的理(lǐ)由來(lái)說(shuō)明，中壓母線的安全性可(kě)靠性不應該受到不同樣的重視。鑒于中壓母線的重要地位，任何故障的延時切除，都(dōu)是我們極爲不願意看(kàn)到的狀況。因爲開關櫃内的各種故障，其短(duǎn)路(lù)電流所産生(shēng)的電弧及其大(dà)量的高溫，使櫃内氣體(tǐ)急劇(jù)膨脹，可(kě)在極短(duǎn)的時間内達到頂峰，嚴重危及人(rén)身(shēn)和設備安全。
必要性2：電弧光(guāng)對人(rén)員(yuán)及設備的傷害
電弧光(guāng)發生(shēng)時産生(shēng)的高溫（弧光(guāng)發生(shēng)點的溫度是19427℃）灼燒人(rén)員(yuán)皮膚；強光(guāng)刺傷眼睛；感電侵害肌肉、神經；爆破壓力（爆破點壓力爲120kPa，而人(rén)體(tǐ)能承受的壓力爲7.5 kPa）造成人(rén)員(yuán)的墜落及碎片飛射；爆破音造成人(rén)員(yuán)的耳膜、内髒震動損傷；毒氣傷害人(rén)員(yuán)呼吸系統。 電弧光(guāng)發生(shēng)時産生(shēng)的大(dà)量氣體(tǐ)，其壓力波可(kě)造成盤體(tǐ)變形、破碎；電弧可(kě)使銅排氣化的體(tǐ)積膨脹，空氣因高溫而膨脹（壓力爲120kPa）；爆破音造成盤内強烈震動，使固定元件(jiàn)松脫。高溫可(kě)造成電纜在100ms内燃燒、及所有絕緣材料的燃燒，造成銅排、鋁在150ms内燃燒熔毀氣化，并産生(shēng)大(dà)量的濃黑(hēi)有毒的煙氣，這些含有大(dà)量碳黑(hēi)煙氣将以300M/s迅速擴散至整段母線和開關櫃，造成所有一次和二次設備表面的嚴重污染，使得(de)絕緣電阻爲零。
由于開關櫃爲剛性連接，結構緊湊，空間有限，使得(de)任何方式的清理(lǐ)工(gōng)作(zuò)，都(dōu)将是耗時，費力的。更不用說(shuō)受損設備的更換了。最爲重要的是整段母線的停役，給全廠(chǎng)帶來(lái)的經濟損失将是無法估量的。同時要想使設備的絕緣完全恢複到原來(lái)的水平幾乎是不可(kě)能的。 以下爲國(guó)外的資料介紹的各種燃弧時間下對設備造成的損壞程度：
35 ms沒有顯著的損壞，一般可(kě)以在檢驗絕緣電阻後投入使用
100ms損壞較小，在開關櫃再次投入運行以前需要進行清潔或可(kě)能的某些小的修理(lǐ)
500ms設備損壞很嚴重，在現場的人(rén)員(yuán)也受到嚴重的傷害，必須更換部分(fēn)設備更換才可(kě)以再投入運行。 這裡(lǐ)可(kě)能需要指出的是，電廠(chǎng)的廠(chǎng)用中壓母線的短(duǎn)路(lù)水平，即使是300MW等級的電廠(chǎng)，也達近３０ＫＡ－４０ＫＡ。這對于母線或開關櫃内的故障點來(lái)說(shuō)，任何延時的切除，都(dōu)将是不能容忍的。按照(zhào)IEC62271-200規定，開關櫃承受内部燃弧時間僅爲100ms。任何時間的延長，都(dōu)将超出開關櫃本身(shēn)的設計(jì)承受極限。這與開關的遮斷容量完全不是一個概念。
必要性3：低壓母線故障對變壓器的沖擊嚴重
據有關資料統計(jì)，一些地區的110kV及以上等級的變壓器在遭受穿越故障電流沖擊而直接導緻損壞的事(shì)故，約占全部事(shì)故的50%以上。與前幾年(nián)相(xiàng)比呈大(dà)幅上升的趨勢。特别是變壓器低壓側出口（低壓母線）短(duǎn)路(lù)時形成的故障一般需要更換繞組， 嚴重時可(kě)能要更換全部繞組， 其後果和損失是何等的慘重。 按國(guó)際規定，１１０ＫＶ及以上等級變壓器的熱(rè)穩定允許時間爲２秒；動穩定時間爲０．２５秒，但(dàn)實際上，在低壓側出口短(duǎn)路(lù)故障，靠過流後備保護切除的動作(zuò)時間往往在１－２秒以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大(dà)于變壓器的動穩定時間. 所以, 可(kě)以說(shuō), 目前保護配置的不完善, 是造成變壓器損壞的重要原因. 設備受損與否，或輕重與否，關鍵是能否将故障電流切除。
所以，針對國(guó)内現有的廠(chǎng)用和配電中壓母線保護配置的現狀，非常有必要增設快(kuài)速保護。國(guó)内一些專家也一直強調裝設專用中低壓母線保護的重要性，用戶也希望可(kě)以提供一種造價較低、原理(lǐ)簡單、适用于6－35KV的母線保護，以減少母線故障對設備的損害，提高供電可(kě)靠性。專用母線電弧光(guāng)保護不僅動作(zuò)速度快(kuài)，可(kě)靠性高而且與其它專用母線保護相(xiàng)比有價格優勢。
母線電弧光(guāng)保護系統的可(kě)靠性
由于光(guāng)電式電弧光(guāng)保護系統測量的光(guāng)和電是兩個完全不同物理(lǐ)性質的參數，采用光(guāng)信号，故障電流信号雙判據的動作(zuò)原理(lǐ)決定了他(tā)的誤動率要比系統中其他(tā)主保護（包括變壓器、進線、饋線保護）誤動概率要小。
采用專用母線電弧光(guāng)保護的好處
1. 保護附近工(gōng)作(zuò)人(rén)員(yuán)免受電弧光(guāng)對人(rén)身(shēn)的傷害；
2. 保護中低壓設備免受嚴重破壞，防止火(huǒ)災發生(shēng)；
3. 保護主變壓器或者廠(chǎng)用變壓器免受嚴重沖擊而損壞；
4. 防止波及站(zhàn)用直流系統，避免造成巨大(dà)的經濟損失；
5. 大(dà)限度地減少用戶的停電時間（用戶停電恢複時間，由原來(lái)的2-3個星期減少到幾 個小時以内）；
6. 延長現有開關設備的使用壽命。
結束語：
随着人(rén)們對電弧光(guāng)故障的進一步研究和認識，在上個世紀八十年(nián)代末及九十年(nián)代初，歐洲、美國(guó)相(xiàng)關專業協會及政府相(xiàng)關部門(mén)針對電弧光(guāng)故障及其危害開始增改或制定相(xiàng)應的政策措施、技術(shù)标準及安全規範。雖然中低壓母線快(kuài)速專用保護至今沒有寫入我國(guó)電力設計(jì)規程或電力二十五條反措當中。但(dàn)是，随着人(rén)們對電網運行智能化、可(kě)靠性和安全性的進一步要求，我們相(xiàng)信歐洲、美國(guó)及我國(guó)的相(xiàng)關專業協會及政府相(xiàng)關部門(mén)會對電弧光(guāng)故障及其後果制定或增改更爲嚴格的政策措施、技術(shù)标準及安全規範。
我們建議(yì)國(guó)内廠(chǎng)用/配電中壓開關櫃增設電弧光(guāng)保護系統作(zuò)爲母線主保護，從(cóng)而彌補目前中壓開關櫃現在隻有母線後備保護的技術(shù)缺陷。減少或避免中壓開關内部電弧光(guāng)故障帶來(lái)的人(rén)身(shēn)傷害，提高電力系統安全生(shēng)産率；使開關及變壓器等主要設備損失降到最低，在短(duǎn)時間内恢複供電或生(shēng)産；爲變電站(zhàn)無人(rén)值守及堅強智能電網的建設提供必要的保障。