小型斷路器的極間配合及區(qū)域聯(lián)鎖保護(hù)控制方案設(shè)計(jì)

摘要：通過分析傳統(tǒng)的斷路器級(jí)間時(shí)間—電流保護(hù)特性曲線，斷路器發(fā)生保護(hù)時(shí)的完全選擇性和部分選擇性及電流選擇性和時(shí)間選擇性，并且結(jié)合了當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)斷路器選擇性與斷路器動(dòng)作發(fā)生的靈敏性的關(guān)系并對(duì)此進(jìn)行總結(jié)。并以上述總結(jié)為基礎(chǔ)析提出一種適用于小型斷路器實(shí)現(xiàn)區(qū)域選擇性聯(lián)鎖的控制方案。

關(guān)鍵字：小型斷路器；斷路器的極間配合；選擇性保護(hù)；ZSI

一、引言

在現(xiàn)如今的低壓配電系統(tǒng)里，發(fā)生短路故障產(chǎn)生的電流的熱效應(yīng)對(duì)配電系統(tǒng)的損害與配電系統(tǒng)各級(jí)間的配合不當(dāng)而產(chǎn)生不必要停電而造成損失是低壓配電系統(tǒng)需要解決而又相互矛盾的兩個(gè)問題[1]。配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障的各種短路是難以避免使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能在最短的時(shí)間里消除出故障，保持供電的連續(xù)性和可靠性是配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要內(nèi)容。因此應(yīng)盡可能的縮短系統(tǒng)不必要的反應(yīng)時(shí)間，并且盡可能的控制斷電的范圍。區(qū)域選擇性連鎖則是為了解決反應(yīng)時(shí)間和保護(hù)選擇正確性的的矛盾而產(chǎn)生的一項(xiàng)技術(shù)[2]。不過小型斷路器體積較小，空間難以安裝適用于塑殼式斷路器的控制芯片，因此本文擬設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的ZSI保護(hù)方案，更契合小型斷路器的使用環(huán)境及自身?xiàng)l件。

二、傳統(tǒng)的小型斷路器的極間配合設(shè)計(jì)分析

（1）斷路器的上下級(jí)關(guān)系

一般的斷路器分類分為A型和B型兩種，A型代表斷路器非選擇型斷路器不具有選擇性，其中的脫扣器為短延時(shí)，沒有需要耐受短路電流要求，一般為普通熱磁脫扣器。B型則是選擇型斷路器，它的脫扣器是可以進(jìn)行選擇的短延時(shí)，有需要短時(shí)耐受短路電流的要求，一般使用的電子脫扣器[3]。我們一般使用的小型斷路器均為A型，所以要進(jìn)行改良小型斷路器基礎(chǔ)上提出適用小型斷路器的ZSI技術(shù)。

（2）斷路器的完全選擇性及部分選擇性

假定D2斷路器發(fā)生短路故障，D1是D2的上級(jí)斷路器，想要D1和D2獲得完全選擇性，則D2下級(jí)斷路器的故障值（從過載電流到最大三相短路電流）產(chǎn)生時(shí)D2斷路器分?jǐn)?，D1斷路器不動(dòng)作。為此需D1，D2斷路器參數(shù)應(yīng)滿足下列兩式：

滿足上述關(guān)系，D1和D2獲得完全得選擇性。不過一般情況，式（2）很難滿足，當(dāng)短路電流關(guān)系為時(shí)，D1的瞬時(shí)脫扣裝置啟動(dòng)，而瞬時(shí)脫扣器很難達(dá)到選擇性要求，這種情況D1，D2之間只具有部分選擇性[4]。

（3）斷路器的電流選擇性及時(shí)間選擇性

在配電系統(tǒng)中中，電源到故障點(diǎn)間的正常工作電流和短路過載故障電流，會(huì)因?yàn)楣收宵c(diǎn)的遠(yuǎn)離電源而線性減小。上下級(jí)斷路器，D1上級(jí)D2下級(jí)， ，當(dāng)配電的級(jí)數(shù)下降時(shí)，相應(yīng)斷路器的正常工作電流和短路過載故障電流隨級(jí)數(shù)下降[5]。

電流選擇性就是利用斷路器的正常工作電流和短路過載故障電流隨級(jí)數(shù)下降的保護(hù)特性偏移，當(dāng)D2斷路器的最大短路電流小于D1斷路器瞬時(shí)脫扣器整定值實(shí)際使用還要留出1.1倍的裕量，上下級(jí)獲得完全選擇性，否則只具有部分選擇性，當(dāng)下級(jí)斷路器D2出口處的短路電流值上述條件限制之前時(shí)具有選擇性，這個(gè)值被稱做選擇性極限電流，如果超過了這個(gè)值，只能獲得部分選擇性。時(shí)間選擇性是下級(jí)斷路器發(fā)生故障脫扣的流程時(shí)間取與上級(jí)斷路器的承載故障電流不動(dòng)作的時(shí)間差得到的。

（4） 斷路器選擇性與斷路器保護(hù)動(dòng)作靈敏性間的關(guān)系

斷路器保護(hù)動(dòng)作靈敏性就是，斷路器工作的線路末端會(huì)發(fā)生的最小短路電流值與斷路器短路保護(hù)動(dòng)作的整定電流之比，即

一般使用中要求 K≥1.3。

由以上得知，非選擇型斷路器的完全選擇性和其動(dòng)作靈敏性間相互矛盾，在工程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用選擇斷路器的種類，設(shè)定延時(shí)參數(shù)做出取舍。

三、小型斷路器的區(qū)域聯(lián)鎖方案設(shè)計(jì)

區(qū)域選擇性連鎖就是為了解決上述的傳統(tǒng)選擇性和速動(dòng)性間的矛盾因?yàn)橹悄茈娖鞯某霈F(xiàn)普及產(chǎn)生。當(dāng)配電系統(tǒng)的發(fā)生短路過載等故障時(shí)時(shí)，不但要準(zhǔn)確的切除故障點(diǎn)還要盡可能小范圍的將故障從電力系統(tǒng)中排除，減小不必要的停電，盡可能的保證配電系統(tǒng)中的大部分用電器正常運(yùn)行[6]。

ZSI原理是保護(hù)電器之間的工作狀態(tài)及所保護(hù)線路的實(shí)時(shí)狀態(tài)通過信號(hào)線聯(lián)通交換并根據(jù)智能處理器的自動(dòng)判斷處理實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)中中各級(jí)保護(hù)電器之間的優(yōu)化選擇性配合[7]。

現(xiàn)有ZSI技術(shù)一般只適用于塑殼式斷路器，而不適用于小型斷路器，因?yàn)樾⌒蛿嗦菲黧w積較小，空間難以安裝適用于塑殼式斷路器的控制芯片，所以提出一種群組控制形式。

假定D1和D2在配電系統(tǒng)分屬上下級(jí)斷路器，他們具有獨(dú)立的脫扣器和共同的智能處理器，斷路器D2的短路延時(shí)人工設(shè)置大于D1。D1處短路電流大于整定值時(shí)，控制器判斷D1瞬動(dòng)并向上級(jí)D2發(fā)送ZSI信號(hào)[8]。D2動(dòng)作情況由處理器檢測(cè)狀態(tài)信號(hào)來給出控制信號(hào)：

1.當(dāng)D1的ZSI信號(hào)并檢車到D2處短路電流也大于D2整定值，則D2根據(jù)預(yù)設(shè)延時(shí)工作

2.收到ZSI信號(hào)但D2電流小于其整定值，D2無動(dòng)作。

將類似情況拓展到3級(jí)情況時(shí)當(dāng)D1處短路電流大于整定值，處理器檢測(cè)D1處ZSI信號(hào)并分別檢測(cè)D2處D3處的工作狀態(tài)，電路狀態(tài)，來判斷電路中的D2，D3如何動(dòng)作。

這種ZSI技術(shù)與傳統(tǒng)的那種各級(jí)間獨(dú)立運(yùn)行互相傳送聯(lián)鎖信號(hào)相比，具有簡(jiǎn)單，成本低，體積小。互相配合設(shè)定更加容易清晰的優(yōu)點(diǎn)，更適合智能電網(wǎng)中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 張培銘 智能電網(wǎng)與智能電器系統(tǒng).電器與能效管理技術(shù) 2014 5 9.

[2] 鮑光海 低壓控制與保護(hù)電器智能化技術(shù)研究.博士學(xué)位論文.福州大學(xué) 2011

[3] 何瑞華 我國(guó)低壓斷路器現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)向 電氣技術(shù)2009 9 13.

作者簡(jiǎn)介：閻放（1993—），男，遼寧沈陽人，沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院2016級(jí)電氣工程專業(yè)碩士研究生，研究方向：電器及其控制。