低壓配電系統(tǒng)短路故障保護(hù)方法分析

摘要：本文簡要闡述了低壓配電系統(tǒng)與短路故障的主要特點(diǎn)，從交流配電系統(tǒng)的故障保護(hù)、直流配電系統(tǒng)的故障保護(hù)、交直流混合型配電系統(tǒng)的故障保護(hù)三個(gè)方面深入分析低壓配電系統(tǒng)短路故障的保護(hù)方法，保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，通過調(diào)整可以給用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng);故障保護(hù);短路故障

前言：在配電系統(tǒng)當(dāng)中低壓配電系統(tǒng)是其非常重要的組成部分，是否正確選擇能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)的安全性與可靠性造成直接影響。二十世紀(jì)九十年代，中國修訂與制定了關(guān)于電氣技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，和IEC的標(biāo)準(zhǔn)基本上相同。不過，由于當(dāng)前建筑電氣的施工與設(shè)計(jì)當(dāng)中仍然存在電流保護(hù)器出現(xiàn)接線錯(cuò)誤、接地形式混亂等問題，時(shí)常發(fā)生電氣事故。

一、低壓配電系統(tǒng)與短路故障的主要特點(diǎn)

（一）配電系統(tǒng)的特點(diǎn)

配電線路是由多種電線所組成，通常自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為網(wǎng)狀，同時(shí)按照各個(gè)組成部分地理位置的不同區(qū)分出不同的結(jié)構(gòu)，具體按照各組成的不同方位、電源具體方位、電壓設(shè)置的大小等。常見的組成結(jié)構(gòu)分為手拉手環(huán)狀和輻射式兩種。針對輻射式而言，它的主要特點(diǎn)包括便于維修保護(hù)、結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)成簡便。缺點(diǎn)就是因?yàn)樗墓╇姺绞綖閱坞娫?，所以系統(tǒng)并不安全，整體穩(wěn)定性比較差。手拉手式的環(huán)狀結(jié)構(gòu)相較于輻射式，主要是增加了一個(gè)備用電源，從整體上提升了運(yùn)行能力[1]。通常狀態(tài)下，斷開開關(guān)，供電方式采用開環(huán);發(fā)生突發(fā)情況時(shí)，切斷電力的情況下，閉合開關(guān)，另一端可以繼續(xù)發(fā)揮其供電作用，這種方式具有穩(wěn)定性和安全性。

（二）配電系統(tǒng)中發(fā)生短路故障的特點(diǎn)

電力系統(tǒng)在供電運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生故障問題，短路故障算是比較常見的一種故障問題。通常發(fā)生的情況為兩相之間的短路、單相接地短路等。具體產(chǎn)生故障的影響因素包括：

1.組成部件本身發(fā)生損壞

組成配電線路涵蓋線路中的絕緣體和零部件，如果長期暴露在空氣當(dāng)中，會(huì)因?yàn)樽匀磺治g和天氣變化等自然因素被損壞。通常情況下，會(huì)因?yàn)楣ぷ魅藛T缺乏責(zé)任心導(dǎo)致原件的組成和安裝不符合規(guī)定，忽視了定期的維護(hù)工作等，導(dǎo)致設(shè)備在整體運(yùn)行上發(fā)生磨損，出現(xiàn)短路現(xiàn)象。

2.外界因素

因?yàn)榕潆娋€路的特征，必須要在自然界中長時(shí)間磨損，經(jīng)歷風(fēng)霜雨打，非常容易發(fā)生危險(xiǎn)，人們在日常生活中經(jīng)常見到電線斷裂、電線桿傾倒等其他危險(xiǎn);部分工作人員沒有根據(jù)規(guī)定操作等。這些違規(guī)操作都會(huì)發(fā)生線路短路，嚴(yán)重威脅著人們的生命安全。

二、低壓配電系統(tǒng)中短路故障保護(hù)的具體方法

（一）交流配電系統(tǒng)的故障保護(hù)

在低壓配電系統(tǒng)當(dāng)中，選擇性保護(hù)對其具有重要意義，它一定要有極高的可靠性，確保配電系統(tǒng)在發(fā)生短路故障的過程中，可以有效準(zhǔn)確并且快速的切除故障，通常使用的方法包括：第一，電流選擇性。它的實(shí)現(xiàn)主要是通過設(shè)定不同的電流動(dòng)作值讓上下級保護(hù)電器。如果配電系統(tǒng)發(fā)生故障，因?yàn)榫€路阻抗間的差異，讓上下級具有不同的短路電流值，所以能夠達(dá)到選擇性保護(hù)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)包括成本較低、技術(shù)成熟、原理簡單。第二，時(shí)間選擇性。基于電流選擇性提出了時(shí)間選擇性，通過給上級斷路器添加了一個(gè)可調(diào)或者固定的短路短延時(shí)系統(tǒng)，讓其在發(fā)生短路故障的過程中，下級斷路器的實(shí)際脫扣時(shí)間要小于上級斷路器從而避免越級跳閘，滿足全選擇性的保護(hù)目的。這種方法使用了時(shí)間選擇性和電流選擇性充分結(jié)合的原理，讓時(shí)間曲線和上下級具有保護(hù)裝置的電流不出現(xiàn)重合與相交的情況，從理論上講可以實(shí)現(xiàn)全選擇性的保護(hù)。第三，虛擬時(shí)間的選擇性。這種方式是在傳統(tǒng)的選擇性保護(hù)方法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，下級的支路當(dāng)中運(yùn)用限流型的斷路器進(jìn)而限制短路的電流幅值，讓上級斷路器中的脫扣器承受比較小的短路電流，它的動(dòng)作時(shí)間隨短路電流增大而變小。

（二）直流配電系統(tǒng)的故障保護(hù)

綜合考慮直流配電系統(tǒng)的可靠性，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求簡潔實(shí)用，涵蓋環(huán)形、輻射型、兩端型（多端型）。它與交流配電網(wǎng)相比，直流配電網(wǎng)所包括的故障特征為：第一，直流線路當(dāng)中沒有電抗，所以交流線路中的阻抗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直流線路阻抗，在系統(tǒng)當(dāng)中兩個(gè)相鄰的直流斷路器其保護(hù)范圍內(nèi)只有較小差別的短路電流。第二，在直流電路當(dāng)中，其電流無法自然過零點(diǎn)，出現(xiàn)滅弧困難的情況，已經(jīng)低壓交流中成熟的滅弧技術(shù)不能直接應(yīng)用到直流的配電網(wǎng)當(dāng)中[2]。第三，發(fā)生故障時(shí)，直流配電系統(tǒng)當(dāng)中的分布式電源和電力電子變流器都會(huì)向故障點(diǎn)輸入電流，造成故障電流的快速上升，這也給直流配電系統(tǒng)的快速性保護(hù)裝置和方法提出更高要求。

直流配電系統(tǒng)按照所保護(hù)區(qū)域能夠分成兩種：非單元式保護(hù)與單元式保護(hù)。非單元式保護(hù)缺少清晰的保護(hù)區(qū)域，假設(shè)保護(hù)裝置達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)就開始動(dòng)作，可以給鄰近的線路提供一條天然的后備保護(hù);電流變化率保護(hù)、微分欠壓保護(hù)、距離保護(hù)、行波保護(hù)等都屬于非單元式保護(hù)。而單元式保護(hù)具有一定的保護(hù)范圍，保護(hù)動(dòng)作產(chǎn)生的選擇性主要取決于各端被保護(hù)區(qū)域的電量比較，不過在區(qū)外產(chǎn)生故障時(shí)，不保護(hù)動(dòng)作。所以，這種保護(hù)方式不能給設(shè)備或者臨近線路提供相應(yīng)的后備保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)和電流保護(hù)都是單元式保護(hù)最常見的保護(hù)。

（三）交直流混合型配電系統(tǒng)的故障保護(hù)

隨著交流配電網(wǎng)的發(fā)展逐漸趨于成熟，它的負(fù)載與交流電源還是當(dāng)前低壓配電網(wǎng)中重要的組成部分，盡管直流配電網(wǎng)在諸多方面都有較大優(yōu)勢，不過因?yàn)楫?dāng)前階段變換器和直流斷路器等一些技術(shù)水平的限制不能被大規(guī)模的應(yīng)用到實(shí)際電網(wǎng)當(dāng)中，所以直流配電系統(tǒng)不能將交流配電系統(tǒng)完全取代，建設(shè)交直流混合型配電網(wǎng)才是未來配電系統(tǒng)整體的發(fā)展趨勢。

低壓交直流混合型配電網(wǎng)的組成是由直流與交流配電系統(tǒng)混合而成，在該系統(tǒng)當(dāng)中使用了經(jīng)典的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它通過AC/DC雙向換流器連接著交直流的母線，許多分布式電源經(jīng)過功率變換器與直流母線相連接當(dāng)做直流側(cè)電源，系統(tǒng)能夠提供許多形式的電能，針對交直流負(fù)載起到較好的兼容性。

低壓交直流混合型配電系統(tǒng)涉及到交直流兩側(cè)所具有的混合配電系統(tǒng)，所以直流和交流所含有的不同短路特性讓故障情況更加復(fù)雜，交直流兩側(cè)都會(huì)受另一方的影響。交直流型混合系統(tǒng)之間的相互作用能夠分成兩個(gè)部分：交流暫態(tài)侵入和直流暫態(tài)侵入，也就是說交流側(cè)發(fā)生故障會(huì)影響到直流側(cè)，直流側(cè)發(fā)生故障會(huì)影響到交流側(cè)。這種特殊性讓故障保護(hù)實(shí)施的可行性遇到巨大挑戰(zhàn)。通過分析低壓交直流系統(tǒng)之間的故障特性，考慮直流系統(tǒng)和低壓交流系統(tǒng)之間的保護(hù)方式，希望低壓交直流型配電系統(tǒng)未來的保護(hù)技術(shù)能夠越來越成熟。

結(jié)論：總而言之，隨著中國電氣事業(yè)的快速發(fā)展，不斷完善了電力配電系統(tǒng)，同時(shí)幫助配電系統(tǒng)走向成熟，提高了主動(dòng)保護(hù)的可靠性和靈敏度。電氣單位要做好主動(dòng)保護(hù)的工作，能夠把直流故障所產(chǎn)生的影響力降到最低，最大程度的縮小破壞范圍，減小對斷路器造成的傷害。

參考文獻(xiàn)：

[1]繆希仁，唐玲玲，莊勝斌，等.低壓配電系統(tǒng)短路故障保護(hù)方法綜述[J].電器與能效管理技術(shù)，2019（15）：21-29.

[2]張麗春，劉艷芬，張培銘，等.企業(yè)配電網(wǎng)電壓跌落原因分析及控制策略[J].包鋼科技，2019，45（02）：1-36.

作者簡介：

羅靜海，性別：男 出生年：1967 ，籍貫到市：山東省東營市， 民族： 漢族，職稱：高級技師，學(xué)歷：大專，研究方向：電氣自動(dòng)化，單位名稱：? 辛店街道舒苑協(xié)調(diào)站，單位所在省市：? 山東省東營市。