低壓配電線路保護(hù)選擇性技術(shù)分析

劉建興

（棗礦集團(tuán)鐵運(yùn)處，山東棗莊 277000）

0 引言

低壓配電線路作為電力傳輸?shù)拿浇?，使用頻率較高，具有更高的危險(xiǎn)發(fā)生頻率。隨著電力在日常生活中的應(yīng)用范圍越來越大，低壓配電線逐漸出現(xiàn)在世界的每個(gè)角落，被越來越多的人接觸，大大地增加了低壓配電線路發(fā)生安全事故的頻率。對(duì)于這一狀況，最根本的解決辦法是完善對(duì)配電線路的保護(hù)措施，確保低壓配電線路能夠長(zhǎng)期處于安全與穩(wěn)定的狀態(tài)下。

1 低壓配電線路保護(hù)選擇性配合的必要性

低壓配電線路在使用過程中，極易發(fā)生安全事故，需要采取必要的選擇性配合措施，進(jìn)一步提高配電線路整體的安全性與可靠性。在某些特殊情況下，必要的選擇性配合措施是配電線路使用過程中必不可少的重要內(nèi)容。國(guó)家針對(duì)低壓配電線路設(shè)計(jì)制定過專項(xiàng)規(guī)范與條例，其內(nèi)容有關(guān)配電線路保護(hù)選擇性技術(shù)的重要意義以及使用原則。必須確保配電系統(tǒng)內(nèi)部的各級(jí)保護(hù)電器，可以具有選擇性地開展各項(xiàng)工作任務(wù)，這樣才能與線路保護(hù)選擇性技術(shù)之間進(jìn)行有效配合。

我國(guó)早已完成保護(hù)電器的批量生產(chǎn)與使用，但由于技術(shù)和資金等方面的限制，我國(guó)保護(hù)電器的各項(xiàng)性能略遜于各國(guó)同期產(chǎn)品。因此，以低性能保護(hù)電器的配合，實(shí)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)的各項(xiàng)工作，是十分困難的。近年國(guó)家在此領(lǐng)域投入大量資金和技術(shù)，我國(guó)低壓電器得到較快發(fā)展，尤其是熔斷器等相關(guān)產(chǎn)品的性能，得到極大改善。

在工程設(shè)計(jì)過程中，配電線路的保護(hù)選擇性經(jīng)常被各界忽略。低壓配電保護(hù)的選擇性對(duì)于整個(gè)配電系統(tǒng)而言，是十分關(guān)鍵的，尤其對(duì)于一級(jí)負(fù)荷，停電、斷電會(huì)誘發(fā)火災(zāi)或爆炸等安全事故，對(duì)人身財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。電力突然中斷還會(huì)使生產(chǎn)過程出現(xiàn)斷層，嚴(yán)重?fù)p壞產(chǎn)品或機(jī)械設(shè)備，甚至使部分公共區(qū)域產(chǎn)生混亂。再疊加停電引起的信號(hào)中斷，進(jìn)一步擴(kuò)大人群恐懼，最終造成無法挽回的嚴(yán)重后果。因此，為了避免以上問題的發(fā)生，必須嚴(yán)格控制電力系統(tǒng)的總開關(guān)與分開關(guān)，使配電線路保護(hù)更具有選擇性。

2 低壓配電線路保護(hù)選擇性的原理

2.1 保護(hù)選擇性的定義

保護(hù)選擇性的基本對(duì)象是電力系統(tǒng)中的各類自動(dòng)保護(hù)裝置，通過這些裝置的有效配合，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題或故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的保護(hù)設(shè)備動(dòng)作，而該設(shè)備的上級(jí)保護(hù)設(shè)備不動(dòng)作。保護(hù)選擇性按規(guī)則分為完全選擇性和部分選擇性兩種情況：

（1）完全選擇性。一旦在電力系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)存在故障點(diǎn)，必須保證故障處電流從負(fù)載側(cè)的D2 處斷路器進(jìn)行動(dòng)作分段，同時(shí)確保電源側(cè)的D1 始終處于閉合狀態(tài)。

（2）部分選擇性。在確定保護(hù)選擇性類型之前，實(shí)地分析短路故障的電流情況，如果電流較大就不能實(shí)現(xiàn)完全選擇性，但不排除某一故障處電流值較低的情況，即故障點(diǎn)的上、下級(jí)斷路器具有選擇性。

在電力系統(tǒng)當(dāng)中，選擇性極限電流值一般指負(fù)載側(cè)保護(hù)器和電源側(cè)保護(hù)器在時(shí)間與電流之間產(chǎn)生的交點(diǎn)。一旦故障處的電流值高于此數(shù)值，可能出現(xiàn)電源側(cè)保護(hù)器在負(fù)載側(cè)保護(hù)器動(dòng)作完成前，開展動(dòng)作的情況，無法確切保證選擇性。如果配電線路出現(xiàn)短路或過載，會(huì)使斷路器跳閘，影響其選擇性。

2.2 保護(hù)選擇性的原理

由于低壓配電線路的故障問題頻繁發(fā)生，很多品牌的斷路器轉(zhuǎn)變了性能。以ABB 為例，其生產(chǎn)的斷路器已由傳統(tǒng)的框架式塑殼結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑿蛿嗦菲鹘Y(jié)構(gòu)，同時(shí)具有完全選擇性。這種全新的斷路器結(jié)構(gòu)，配合原有電力系統(tǒng)中的其他各類裝置，可以驗(yàn)證配電線路保護(hù)是否具有安全性。再根據(jù)配電線路的實(shí)際情況，選擇最合適的斷路器，形成完整的上、下級(jí)方案，最終達(dá)到保護(hù)選擇性的效果。斷路器的保護(hù)選擇性是由以下兩點(diǎn)作為自身工作的主要原理：

（1）時(shí)間選擇性，主要用于低壓短路電流的保護(hù)。在該情況下，上級(jí)斷路器的脫扣時(shí)間做一定程度的延時(shí)，使下級(jí)斷路器先行脫扣。短路保護(hù)電流的整定值之比＞1.5，就可以確保其保護(hù)的選擇性。

（2）能量選擇性，主要用于大短路電流的保護(hù)。該類情況必須充分融合斷路器的限流能力和能量脫扣技術(shù)。如果兩個(gè)斷路器同時(shí)檢測(cè)到大短路電流存在，則下級(jí)斷路器必須快速限流，使上級(jí)斷路器產(chǎn)生的電能支持其進(jìn)行脫扣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)完全的選擇性。斷路器的電流比＞2.5 時(shí)，就可以保證能量選擇性。

2.3 保護(hù)選擇性的條件

保護(hù)選擇性分為自然選擇性和延時(shí)選擇性兩種形式：

（1）自然選擇性，利用斷路器的殼架電流級(jí)差，實(shí)現(xiàn)保護(hù)選擇性。該情況下，斷路器之間進(jìn)行有機(jī)配合與調(diào)查，實(shí)現(xiàn)選擇性配置的良好應(yīng)用?？梢酝ㄟ^廠家提供的配合表來開展各項(xiàng)任務(wù)工作，進(jìn)一步提高選擇性的效力。

（2）延時(shí)選擇性，利用短路短延時(shí)的方法，實(shí)現(xiàn)保護(hù)選擇性。必須確保上級(jí)斷路器的開啟時(shí)間，不低于下級(jí)斷路器進(jìn)行全分閘的時(shí)間，這是實(shí)現(xiàn)延時(shí)選擇性的先行條件。

3 低壓配電線路保護(hù)的選擇性配合

3.1 上下級(jí)斷路器采用自然的完全選擇性

一般購買機(jī)器時(shí)，生產(chǎn)廠家會(huì)搭配斷路器，為買家提供對(duì)應(yīng)的選擇性配合表。因此，在選擇斷路器時(shí)，必須根據(jù)賣家所提供的選擇性配合表來選擇那些具有完全選擇性的上、下級(jí)斷路器。對(duì)于自然的完全選擇性斷路器，其優(yōu)點(diǎn)是不論故障電流數(shù)值的高低，都可以始終確保其選擇性，完全不用擔(dān)心增加延時(shí)時(shí)間而加重整個(gè)電力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。配電系統(tǒng)的保護(hù)一定要將自然的選擇性作為所有硬性條件的首要考慮因素，這樣才能真正地滿足上下級(jí)斷路器所提出的各項(xiàng)要求。

通過對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的合理規(guī)劃以及設(shè)備選用，可以真正實(shí)現(xiàn)自然的完全選擇性。在無法運(yùn)用完全選擇性的情況下，要及時(shí)更改選擇性類型，在完全選擇性之外，首要的選擇類型是部分選擇性。必須注意，如果想實(shí)現(xiàn)部分選擇性，就必須使短路電流的數(shù)值始終低于選擇性極限的電流總值。

3.2 斷路器的脫扣器類型與選擇性的關(guān)系

以施耐德品牌的斷路器為例，其包括的脫扣器類型主要分為電磁脫扣器、電子脫扣器和智能脫扣器等。在低壓配電線路當(dāng)中，需要根據(jù)線路的實(shí)際情況選擇脫扣器的類型。

電子脫扣器和智能脫扣器主要應(yīng)用于電源端，屬于三段保護(hù)，所能接受的電流范圍較大，更容易滿足線路對(duì)脫扣器的各項(xiàng)選擇性要求。相比之下，熱磁脫扣器屬于二段保護(hù)，最適合末端配電區(qū)。電磁脫扣器大多用于電機(jī)的啟動(dòng)場(chǎng)合，及一些不容易跳閘的區(qū)域，防止脫扣器影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.3 各級(jí)配電保護(hù)的選擇性配合

3.3.1 變電所低壓柜

變電所低壓柜的開關(guān)類型不同，對(duì)應(yīng)選擇不同的斷路器，總開關(guān)一般選擇框架式斷路器，出線開關(guān)選擇塑殼式斷路器。變電所低壓柜的總開關(guān)具有一定選擇性：第1 種方法是按照選擇性表格進(jìn)行類型選擇，在框架電流的相差值超過二級(jí)時(shí)可以確保其選擇性要求；第2 種方法是取消聯(lián)絡(luò)開關(guān)的瞬動(dòng)保護(hù)能力，控制總開關(guān)和分開關(guān)的長(zhǎng)延時(shí)整定值在＜1.6 的范圍內(nèi)；第3 種方法是改變聯(lián)絡(luò)開關(guān)的形式，使其變成一種框架式的負(fù)荷開關(guān)。

變電所低壓柜的總開關(guān)和分開關(guān)都具有一定選擇性。曾有觀點(diǎn)認(rèn)為，為了確保開關(guān)的選擇性，可取消瞬時(shí)保護(hù)，維護(hù)短延時(shí)。然而取消對(duì)總開關(guān)的瞬時(shí)保護(hù)，不利于電力系統(tǒng)動(dòng)熱裝置的穩(wěn)定性，會(huì)破壞變壓器，影響到高壓側(cè)機(jī)繼電保護(hù)的整定情況，這是沒有必要的。選擇變電所低壓總開關(guān)時(shí)，最好選取具有三段保護(hù)的智能型脫扣器，不僅可以滿足保護(hù)低壓配電線路的靈敏性需求，還能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)選擇性。

3.3.2 中間樓層配電箱

樓層配電箱的總開關(guān)大多選用塑殼式斷路器，若變電所與樓層配電箱的中間區(qū)域選用放射式供電，那么樓層配電箱的總開關(guān)也可以使用負(fù)荷開關(guān)。這是由于上級(jí)變電所的開關(guān)和配電箱距離相差較大，短路電流的差值更大，容易實(shí)現(xiàn)保護(hù)選擇性。如果該區(qū)域存在保護(hù)死區(qū)，可以將出線開關(guān)更改為三段式保護(hù)裝置，以此提高線路整體的靈敏性。如果變電所與樓層配電箱的中間區(qū)域選用樹干式配電，那么配電箱的總開關(guān)可以使用斷路器。選擇變電所的總開關(guān)、出線開關(guān)以及分開關(guān)等裝置，仍根據(jù)斷路器的品牌類型和選擇性配合表決定。避免所購裝備與設(shè)備之間出現(xiàn)不匹配的現(xiàn)象，進(jìn)而最終實(shí)現(xiàn)完全選擇性的良好配置。

4 結(jié)束語

在低壓配電線路的設(shè)計(jì)過程中融入保護(hù)選擇性技術(shù)，需要更加全面地了解配電設(shè)計(jì)的規(guī)范性要求。特別是針對(duì)低壓配電線路保護(hù)的各項(xiàng)要求，一定做好基本計(jì)算，嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)參數(shù)，才能避免保護(hù)電器的兩端出現(xiàn)矛盾，最終提高配電線路的安全性。