斷路器在低壓配電系統(tǒng)的選擇性保護技術(shù)詳解

選擇性保護是指兩個或兩個以上保護裝置的動作特性進行相互配合，當(dāng)在某個指定范圍內(nèi)發(fā)生短路、接地或其他過流現(xiàn)象時，在這個范圍內(nèi)指定動作的裝置進行動作以切除故障，而此范圍外的裝置不動作。也就是當(dāng)?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)中某一點發(fā)生過流故障時，配電的電氣設(shè)備按照預(yù)先規(guī)定的動作順序進行有選擇的開斷動作，絕對不允許越級脫扣。選擇性保護的重要意義在于：當(dāng)?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)出現(xiàn)短路故障、接地等過電流現(xiàn)象時，配電系統(tǒng)中的保護裝置既要能夠可靠切除故障，又要保證停電范圍最小。

　　1、系統(tǒng)選擇性保護技術(shù)

　　在短路保護的區(qū)域范圍內(nèi)，實現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)中斷路器的保護性跳閘是很困難的，需要以下幾種方法相互配合完成。

　　1.1電流選擇性

　　當(dāng)?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)中發(fā)生短路故障時，可根據(jù)系統(tǒng)線路阻抗的差異造成上下級斷路器測得短路電流大小的不同，進行電流的選擇性保護。此項保護依靠相鄰級的斷路器中脫扣器的動作值不同來實現(xiàn)，這種方法可應(yīng)用于A類塑殼斷路器、小型斷路器和剩余動作電流斷路器的保護中。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一般要求斷路器1的最小瞬動電流不小于斷路器2的最小瞬動電流的1.4倍。

　　1.2時間選擇性

　　當(dāng)短路電流較大時，可根據(jù)上下級斷路器動作時間不同來實現(xiàn)選擇性保護。斷路器的斷開工作過程如下：發(fā)生短路故障后，脫扣器自動解扣，斷路器的觸頭在操作機構(gòu)的作用下斷開，過程中產(chǎn)生的電弧經(jīng)由滅弧裝置熄滅，斷路器開斷工作完成。從短路開始到脫扣器即將解扣前的這段時間叫做脫扣時間；從短路發(fā)生直到全部分?jǐn)鄤幼魍瓿傻臅r間叫做全分?jǐn)鄤幼鲿r間。為保證時間選擇性，斷路器必須滿足：在安秒特性曲線中，主斷路器的脫扣時間大于分支斷路器的全分?jǐn)鄤幼鲿r間。

　　對于A類斷路器，上下相鄰兩級斷路器的脫扣曲線在過載區(qū)內(nèi)不相交，也不重合，但在瞬動區(qū)，兩條曲線則會出現(xiàn)交叉甚至重合。因此為實現(xiàn)時間選擇性，上級斷路器應(yīng)采用具有耐受電流能力和短路短延時的B類斷路器。

　　1.3虛擬時間選擇性

　　當(dāng)下級配線采用限流型斷路器時，上級進線承受的短路電流與限流系數(shù)有關(guān)，限流系數(shù)越小，短路電流作用就會越小，線路的動作時間則會越長。故電流-脫扣特性曲線為反時限特性，這樣增強了配線與進線的選擇性保護特性。

　　1.4邏輯選擇性

　　邏輯選擇性，又叫做區(qū)域選擇性聯(lián)鎖。邏輯選擇性保護的實現(xiàn)以上下級斷路器都具有通信功能和智能化功能為前提。邏輯選擇性的工作程序如下：1）下級斷路器發(fā)生故障并檢測到故障后，向上級斷路器發(fā)送信號，使其不脫扣；2）上級斷路器接收到不脫扣指令，并執(zhí)行指令，保持不脫扣；3）下級斷路器跳閘動作，切除故障電源；4）上級斷路器保持閉合，或者在設(shè)定時間內(nèi)下級斷路器不脫扣的情況下，進行脫扣。以下圖1為例。

　　其工作原理為：1）斷路器CB2的出線發(fā)生故障時，CB2斷路器斷開，將故障切除。2）斷路器CB2發(fā)生故障時，斷路器CB2的脫扣器自動向上級斷路器CB1的脫扣器發(fā)出信號，使CB1由原來整定的脫扣時間改為延時時間，倘若超過了延時時間，斷路器CB2仍然不跳閘，此時斷路器CB1發(fā)生跳閘切除故障。3）如果斷路器CB2發(fā)生故障后的故障電流遠遠大于其承受能力，斷路器CB1無論收到CB2的信號與否，都即刻跳閘切除故障。

　　1.5能量選擇性

　　能量選擇性，是指以具有限流能力的上下級斷路器為基礎(chǔ)，利用脫扣器靈敏的脫扣性能反應(yīng)線路的短路能量，實現(xiàn)選擇性保護的技術(shù)。當(dāng)發(fā)生故障，上下兩級斷路器均檢測到大電流時，下級斷路器具有很快的限流速度，使得短路能量低于上級斷路器實現(xiàn)脫扣動作的能量，從而上級斷路器無法動作。由上下級斷路器的能量曲線可知，實現(xiàn)能量選擇性的條件是：下級斷路器的短路能量曲線低于上級斷路器。

　　2、低壓配電系統(tǒng)對各級斷路器的要求

　　低壓配電系統(tǒng)的選擇性保護技術(shù)對各級斷路器有以下幾點要求。

　　2.1進線柜

　　進線柜的主開關(guān)采用框架斷路器，應(yīng)滿足下列要求：智能化的控制器，可實現(xiàn)在線故障監(jiān)測，動作值整定，通信等控制功能；額定短路極限分段能力，額定短路運行分?jǐn)嗄芰σ约邦~定短時耐受電流三者相等，分別列出其0.2s，0.5s，1s時的電流；控制器抵抗電磁干擾的能力應(yīng)較強；短路短延時時間取0.2-0.5s。

　　2.2配電柜

　　配電柜主要采用塑殼斷路器，應(yīng)滿足以下要求：限流型，小容量斷路器的限流能力應(yīng)在6-10kA以下；帶有0.2-0.4s的短路延時性，為整定值可以調(diào)節(jié)的三段保護；具有通信功能，利于區(qū)域選擇性聯(lián)鎖的實現(xiàn)；帶電子脫扣器的斷路器要求有較高的抗電磁干擾能力；有一定的額定短時耐受電流。

　　2.3終端

　　配電系統(tǒng)終端的主要元件為小型斷路器，應(yīng)滿足以下要求：采用限流型的產(chǎn)品；具有一定的額定短時耐受電流，比如0.2s，10-20kA；可調(diào)的保護整定值；漏電保護器或者漏電斷路器的電流和電壓值可調(diào)。

　　2.4目前存在的不足

　　目前的斷路器還不能滿足低壓配電系統(tǒng)對于保護選擇性的全部要求。比如：小電流的塑殼斷路器雖然帶有電子脫扣器，但是受尺寸大小的限制，沒有短路短延時的功能；大多數(shù)的塑殼斷路器和小型斷路器沒有額定短時耐受電流的要求；智能型的斷路器價格過高，雖然可采用分體式群控的措施，但是如何及時優(yōu)先處理故障回路的跳閘問題還有待研究；目前塑殼斷路器的跳閘機構(gòu)極少具有能量選擇性等。這些問題需要進一步的研究解決。                                         

　　3、選擇性保護設(shè)計的實施要點及實現(xiàn)

　　3.1選擇性保護形式的確定

　　選擇性保護技術(shù)主要包括全選擇性保護和部分選擇性保護兩種。全選擇性保護是指，在上下級斷路器之間發(fā)生故障且處于下級斷路器的保護范圍內(nèi)，出現(xiàn)的故障電流在過載整定值與三相短路電流值之間時，由下級斷路器跳閘切除故障，上級斷路器保持不動作，保證保護的選擇性。部分選擇性保護是指，當(dāng)故障電流大于某個預(yù)定值時，上下級斷路器的特性曲線有交點，無法保證全部選擇性，此時，在某一個較低的故障電流值以下，上下級斷路器得到選擇性配合。

　　在低壓配電系統(tǒng)中配置斷路器時，理想的情況是，上下級間能獲得完全選擇性；如果無法做到完全選擇性保護，只能退而求其次，采用部分選擇性的配合。通常，我們根據(jù)要求調(diào)整配電系統(tǒng)中的線路結(jié)構(gòu)和路徑等，并將短路電流計算出來，若計算值低于選擇性極限電流值，則系統(tǒng)是具有選擇性的；若超過選擇性極限電流值，則上級斷路器誤動，失去保護選擇性。

　　如果所供電負荷不允許停電，則應(yīng)努力保證保護選擇性，必須重新配置斷路器，并使得計算的短路故障電流小于選擇性極限電流；如果對所供電負荷影響不大，則屬于部分性選擇保護。

　　3.2精心設(shè)計低壓配電系統(tǒng)，合理分配負荷

　　低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)合理分配負荷，為滿足保護器件額定電流比的要求，應(yīng)盡量加大上下級負荷的比值。選擇性的要求在上下級負荷的比值越大的情況下越容易得到滿足。

　　無論是斷路器保護，還是采用熔斷器保護，要想達到選擇性保護的要求，都必須滿足上下級保護器額定電流比值大于某一設(shè)定值。

　　故在進行低壓配電系統(tǒng)的選擇性保護設(shè)計時，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求合理調(diào)整好上下級負荷，絕不能任其自然分配負荷，同時應(yīng)盡量采用“自然的”選擇性保護，以給選擇性保護提供便利，滿足保護性的要求。否則采取其他選擇性保護方式，會出現(xiàn)既不經(jīng)濟又麻煩費事的后果。

　　3.3斷路器短路短延時選擇性保護注意事項

　　斷路器保護實現(xiàn)選擇性保護最常用的方式是短路短延時保護，需注意以下幾點：

　　1）盡量縮短延時時間

　　在滿足選擇性的前提下，應(yīng)盡可能地縮短斷路器的延時時間。因為在延時時間內(nèi)，斷路器所承受的短路電流很大，這提高了斷路器的制造要求，也增加了費用。同時，延時時間過長，會使系統(tǒng)電壓波動很大，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，應(yīng)慎重選擇短路短延時時間，更不能隨意增加延時時間。

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　　2）合理確定配電級數(shù)

　　在低壓配電系統(tǒng)中采用短路短延時選擇型斷路器時，可通過改變配電級數(shù)來改變延時時間，配電級數(shù)減少，上級配電延時時間也相應(yīng)減小。在具體的配電系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)實際情況，結(jié)合各種因素合理地確定配電系統(tǒng)的配電級數(shù)。

　　3）正確采用“自然的”選擇性方式

　　在實際的低壓配電系統(tǒng)中，很少出現(xiàn)全部采用短路短延時的選擇性方式，也很少出現(xiàn)全部“自然的”選擇性方式。低壓配電系統(tǒng)大多采用混合型的選擇性方式，這種相互組合的方式也是合理的。原則上是盡量采用“自然的”選擇性方式，且在局部系統(tǒng)中，尤其是中間和末端配電部分，多采用“自然的”選擇性方式。

　　4）斷路器的三段保護

　　當(dāng)斷路器采用過電流、短路短延時以及瞬時速動保護三段保護配合時，使得上下級的短路電流差值很小，導(dǎo)致下級發(fā)生短路故障時，上下兩級斷路器均會跳閘，不能保證保護的選擇性。此情況下只得解除上級的瞬時速動保護，只依靠短路短延時進行保護。

　　如果是較長的線路發(fā)生故障，瞬時速動保護動作，會減小保護范圍，但也應(yīng)該盡可能投入瞬時速動保護，盡快切除其保護范圍以內(nèi)的短路故障，避免線路和電氣裝置遭受損壞，減少短路故障帶來的經(jīng)濟損失。

　　4、結(jié)論

　　實現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)的保護選擇性，可有效保證系統(tǒng)供電可靠性。目前的選擇保護性技術(shù)還需要進一步地提高和完善，相信隨著科技的不斷發(fā)展，低壓配電系統(tǒng)會得到完善，供電可靠性將進一步提高。