DQZHAN技術訊：低壓配電系統的選擇性保護技術

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，當在某個指定范圍內發生短路、接地或其他過流現象時，在這個范圍內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。也就是當低壓配電系統中某一點發生過流故障時，配電的電氣設備按照預先規定的動作順序進行有選擇的開斷動作，**不允許越級脫扣。選擇性保護的重要意義在于：當低壓配電系統出現短路故障、接地等過電流現象時，配電系統中的保護裝置既要能夠可靠切除故障，又要保證停電范圍*小。

1、系統選擇性保護技術

在短路保護的區域范圍內，實現低壓配電系統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

當低壓配電系統中發生短路故障時，可根據系統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，這種方法可應用于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。按照相關標準，一般要求斷路器1的*小瞬動電流不小于斷路器2的*小瞬動電流的1.4倍。

1.2時間選擇性

當短路電流較大時，可根據上下級斷路器動作時間不同來實現選擇性保護。斷路器的斷開工作過程如下：發生短路故障后，脫扣器自動解扣，斷路器的觸頭在操作機構的作用下斷開，過程中產生的電弧經由滅弧裝置熄滅，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;從短路發生直到全部分斷動作完成的時間叫做全分斷動作時間。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斷動作時間。

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內不相交，也不重合，但在瞬動區，兩條曲線則會出現交叉甚至重合。因此為實現時間選擇性，上級斷路器應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有關，限流系數越小，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，又叫做區域選擇性聯鎖。邏輯選擇性保護的實現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)下級斷路器發生故障并檢測到故障后，向上級斷路器發送信號，使其不脫扣;2)上級斷路器接收到不脫扣指令，并執行指令，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，或者在設定時間內下級斷路器不脫扣的情況下，進行脫扣。以下圖1為例。

圖1區域選擇性

其工作原理為：1)斷路器CB2的出線發生故障時，CB2斷路器斷開，將故障切除。2)斷路器CB2發生故障時，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發生跳閘切除故障。3)如果斷路器CB2發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，利用脫扣器靈敏的脫扣性能反應線路的短路能量，實現選擇性保護的技術。當發生故障，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、低壓配電系統對各級斷路器的要求

低壓配電系統的選擇性保護技術對各級斷路器有以下幾點要求。

2.1進線柜

進線柜的主開關采用框架斷路器，應滿足下列要求：智能化的控制器，可實現在線故障監測，動作值整定，通信等控制功能;額定短路極限分段能力，額定短路運行分斷能力以及額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，應滿足以下要求：限流型，小容量斷路器的限流能力應在6-10kA以下;帶有0.2-0.4s的短路延時性，*好為整定值可以調節的三段保護;具有通信功能，利于區域選擇性聯鎖的實現;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

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

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、選擇性保護設計的實施要點及實現

3.1選擇性保護形式的確定

選擇性保護技術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生故障且處于下級斷路器的保護范圍內，出現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，當故障電流大于某個預定值時，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，我們根據要求調整配電系統中的線路結構和路徑等，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精心設計低壓配電系統，合理分配負荷

低壓配電系統的設計中，應合理分配負荷，為滿足保護器件額定電流比的要求，應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定值。

故在進行低壓配電系統的選擇性保護設計時，應按照標準要求合理調整好上下級負荷，絕不能任其自然分配負荷，同時應盡量采用“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，會出現既不經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

斷路器保護實現選擇性保護*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，應盡可能地縮短斷路器的延時時間。因為在延時時間內，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，會使系統電壓波動很大，不利于系統的穩定運行。因此，應慎重選擇短路短延時時間，更不能隨意增加延時時間。

2)合理確定配電級數

在低壓配電系統中采用短路短延時選擇型斷路器時，可通過改變配電級數來改變延時時間，配電級數減少，上級配電延時時間也相應減小。在具體的配電系統中，應根據實際情況，結合各種因素合理地確定配電系統的配電級數。

3)正確采用“自然的”選擇性方式

在實際的低壓配電系統中，很少出現全部采用短路短延時的選擇性方式，也很少出現全部“自然的”選擇性方式。低壓配電系統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，導致下級發生短路故障時，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生故障，瞬時速動保護動作，會減小保護范圍，但也應該盡可能投入瞬時速動保護，盡快切除其保護范圍以內的短路故障，避免線路和電氣裝置遭受損壞，減少短路故障帶來的經濟損失。

4、結論

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