淺談框架斷路器極數(shù)與接地故障保護(hù)的關(guān)系

丁遠(yuǎn)

【摘 ?要】本文以實(shí)際發(fā)生的接地保護(hù)異常動(dòng)作案例作為切入點(diǎn)，就不同極數(shù)的斷路器與剩余電流型單相接地保護(hù)的關(guān)系進(jìn)行探討，期望為軌道交通框架斷路器與密集母排單相接地保護(hù)在實(shí)踐應(yīng)用中的配合使用提供有益的參考。

【關(guān)鍵詞】框架斷路器;密集母排;單相接地保護(hù);關(guān)系

序言

框架斷路器是軌道交通400V供電系統(tǒng)中的重要核心設(shè)施，為供電系統(tǒng)的運(yùn)行提供著必不可少的保障。而目前變電所內(nèi)框架斷路器種類以及所設(shè)接地保護(hù)類型繁多，兩者之間的關(guān)系直接影響著供電系統(tǒng)的安全、可靠、平穩(wěn)運(yùn)行。因此筆者以框架斷路器與單相接地保護(hù)的關(guān)系為研究對(duì)象，并以實(shí)際中發(fā)生的保護(hù)誤動(dòng)作故障為示例，就其兩者之間的關(guān)系做具體的探討研究。

1 ?框架斷路器與400V供電系統(tǒng)保護(hù)概述

框架斷路器又稱“萬能斷路器”，在工業(yè)、商業(yè)、基礎(chǔ)建設(shè)以及軌道交通行業(yè)中的應(yīng)用廣泛，電壓等級(jí)為400V，額定電流由630A至6300A不等，一般多用于400V低壓供電系統(tǒng)的電源進(jìn)線開關(guān)、母聯(lián)以及大容量負(fù)載饋出線?？蚣軘嗦菲鳂O數(shù)類型一般有三極、四極兩種，兩種類型的區(qū)別是三極斷路器只分?jǐn)嗳嘞嗑€連接，而四極斷路器分?jǐn)喟憔€在內(nèi)的四相母排連接，差異只存在于是否分?jǐn)嗔憔€。

在框架斷路器所屬低壓400V供電系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)的保護(hù)均由系統(tǒng)內(nèi)斷路器的保護(hù)脫扣器實(shí)現(xiàn)?？蚣軘嗦菲髯鳛?00V供電系統(tǒng)的主要設(shè)備，在發(fā)生故障時(shí)需要及時(shí)切除故障線路并確保供電系統(tǒng)安全，其保護(hù)類型有長(zhǎng)延時(shí)電流保護(hù)、速斷保護(hù)、瞬時(shí)電流保護(hù)（部分還有接地保護(hù)），框架斷路器的保護(hù)基本都是采用電子脫扣器以實(shí)現(xiàn)其保護(hù)的準(zhǔn)確性、選擇性、可靠性。

2 ?400V供電系統(tǒng)接地保護(hù)異常動(dòng)作案例分析

本文主要討論的是在TN-S供電系統(tǒng)中，框架斷路器極數(shù)的差異會(huì)對(duì)其所在的供電系統(tǒng)單相接地保護(hù)造成哪些影響，下面首先用一個(gè)實(shí)際案例切入：

蘇州軌道交通某站400V供電系統(tǒng)進(jìn)線401、402斷路器因接地故障（Ig）跳閘，導(dǎo)致400V系統(tǒng)Ⅰ段、Ⅱ段母排同時(shí)失電。技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后立即對(duì)400V開關(guān)柜做了初步檢查，未發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)有短路現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)所內(nèi)斷路器的定值進(jìn)行了核查，亦未發(fā)現(xiàn)異常情況。

隨后搶修人員對(duì)A端環(huán)控電控室配電柜斷路器狀態(tài)和定值進(jìn)行了查看，發(fā)現(xiàn)I段進(jìn)線斷路器故障跳閘、母聯(lián)斷路器分位、Ⅱ段進(jìn)線斷路器合閘。搶修人員又對(duì)損壞的母排絕緣進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)C相對(duì)零、對(duì)地絕緣為0Ω，判斷該母排C相已經(jīng)發(fā)生永久接地故障，故障是由高壓400V系統(tǒng)Ⅱ段電源引至環(huán)控電控室配電柜2#進(jìn)線斷路器之間的密集母線發(fā)生相-零短路導(dǎo)致。

該故障只因一段電源下設(shè)備發(fā)生相-零短路故障卻同時(shí)影響了兩段電源的運(yùn)行。針對(duì)該故障分析后，發(fā)現(xiàn)發(fā)生擴(kuò)大故障區(qū)域故障的原因?yàn)椋寒?dāng)相-零發(fā)生短路時(shí)，故障電流通過I段電源的零線回到I段變壓器同時(shí)亦通過二級(jí)配電房與II段電源零線連接處經(jīng)由II段電源的零線回到相同的變壓器中性線接地點(diǎn)。因?yàn)橐患?jí)配電房I段、II段電源進(jìn)線斷路器均采用的剩余電流型接地保護(hù)，故障電流通過兩個(gè)通路回到中性線接地點(diǎn)，I段、II段電源進(jìn)線均檢測(cè)到四相電流矢量和大于整定值，所以導(dǎo)致兩段進(jìn)線斷路器均報(bào)接地故障且跳閘。此供電系統(tǒng)為故障電流提供了兩條回變壓器中性點(diǎn)的回路是擴(kuò)大故障區(qū)域的根本原因。

上述故障就是因下級(jí)配電房斷路器極數(shù)的選擇導(dǎo)致擴(kuò)大了故障范圍的典型案例，通過上述案例可以說明斷路器的極數(shù)選擇與接地保護(hù)功能的穩(wěn)定運(yùn)行之間有很大的關(guān)系。

3 ?低壓環(huán)控電控系統(tǒng)饋線典型故障電流分析

典型分析前提為：高壓400V一級(jí)配電房采用的是雙電源供電方式，供電系統(tǒng)形式為TN-S，分別從變壓器中性線接地點(diǎn)引出地線（PE線）與零線（N線），兩臺(tái)變壓器電源引自不同的供電線路共用中性線接地點(diǎn)，一級(jí)配電房進(jìn)線與母聯(lián)處均安裝為四極斷路器且設(shè)置有接地保護(hù)。環(huán)控饋出框架斷路器采用了三極框架斷路器且未設(shè)置接地保護(hù)，在二級(jí)配電房母聯(lián)處I段電源與II段電源的零線直接進(jìn)行了連接。

3.1 ?相線接零：

當(dāng)相-零發(fā)生短路時(shí)，故障電流通過I段電源的零線回到I段變壓器同時(shí)亦通過二級(jí)配電房與II段電源零線連接處經(jīng)由II段電源的零線回到相同的變壓器中性線接地點(diǎn)，電流通道分別為正常故障電流通道與流經(jīng)地網(wǎng)的第2通道（見下圖）。

3.2 ?相線接地：

當(dāng)I段電源饋出線路發(fā)生接地故障，I段電源的接地故障電流不僅通過I段的接地系統(tǒng)回流至1號(hào)變壓器的中性點(diǎn)，同樣會(huì)通過接地網(wǎng)之間的連接通過PE線再流經(jīng)I段電源與II段電源相互連接的零排流回1號(hào)變壓器中性點(diǎn)，此時(shí)就存在兩個(gè)故障電流回路，I段電源進(jìn)線斷路器與II段電源進(jìn)線斷路器分別會(huì)檢測(cè)到相應(yīng)故障電流的存在，當(dāng)流經(jīng)非故障段零線的電流超過接地保護(hù)整定值時(shí)，II段進(jìn)線斷路器的接地保護(hù)亦會(huì)動(dòng)作，造成兩路電源同時(shí)失電的情況發(fā)生。

綜上所述，當(dāng)饋出電纜或者母排線路發(fā)生接地或接零故障時(shí)，因下級(jí)配電房配備的為3極斷路器，所以故障電流通過下級(jí)配電房零線母排連接處還會(huì)存在第二條故障電流通路，主要流過的斷路器有一級(jí)400V系統(tǒng)的進(jìn)線斷路器與相應(yīng)饋出斷路器，且根據(jù)實(shí)際情況分析，在饋線絕緣下降后，相間短路故障、接地故障與接零故障很可能一起發(fā)生，所以必須在環(huán)控饋出斷路器處設(shè)置接地保護(hù)或者將下級(jí)配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為4極斷路器方可保證避免兩段進(jìn)線斷路器同時(shí)保護(hù)動(dòng)作的情況，縮小故障的影響范圍。

4 結(jié)語

通過上文可以明確在TN-S系統(tǒng)中，為避免下級(jí)配電故障越級(jí)或跨段跳閘，必須在供電系統(tǒng)饋線處采用零序電流型或者剩余電流型接地保護(hù)對(duì)下級(jí)線路、負(fù)載進(jìn)行接地故障保護(hù)，零序電流保護(hù)經(jīng)濟(jì)性較好，而剩余電流型接地故障保護(hù)可靠性較高。若采用剩余電流型接地保護(hù)對(duì)下級(jí)線路、負(fù)載進(jìn)行接地故障保護(hù)，那么下級(jí)建議配合4極框架短路器確保零線分開來實(shí)現(xiàn)其功能，否則無法滿足該供電系統(tǒng)接地保護(hù)的選擇性與可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]任元會(huì). 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè) 第三版