低壓配電系統(tǒng)選擇性保護(hù)技術(shù)的研究及應(yīng)用

楊衛(wèi)東

摘要：在低壓配電系統(tǒng)中斷路器的選擇性保護(hù)是關(guān)鍵。綜合分析比較斷路器的幾種選擇性保護(hù)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了低壓配電系統(tǒng)對(duì)選擇性保護(hù)的要求，引入選擇性保護(hù)技術(shù)分析并解決某交換機(jī)房低壓配電系統(tǒng)的故障，提出了低壓配電系統(tǒng)有效的預(yù)防及監(jiān)控措施。低壓配電系統(tǒng)選擇性保護(hù)技術(shù)能夠提高供電系統(tǒng)供電的連續(xù)性，優(yōu)化并降低供電系統(tǒng)成本。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng);斷路器;選擇性保護(hù);安全可靠

引言

可靠穩(wěn)定的供配電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，而低壓配電系統(tǒng)是通信局（站）供配電系統(tǒng)的重要組成部分，主要將變壓器輸出的低壓市電與低壓油機(jī)發(fā)電機(jī)組的電能按照要求進(jìn)行切換，同時(shí)完成電能的分配工作。低壓配電系統(tǒng)作為市電、油機(jī)電切換以后的第一級(jí)配電，一旦出現(xiàn)短路故障，將危害整個(gè)通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，可能引起火災(zāi)等嚴(yán)重事故，甚至危及人身安全。文獻(xiàn)[1。5]對(duì)低壓配電系統(tǒng)的選擇性保護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究和分析，但研究主要集中在對(duì)選擇性保護(hù)技術(shù)的基本原理和方法的闡述。本文在比較各種選擇性保護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以某機(jī)房配電系統(tǒng)的故障為研究對(duì)象，深入分析故障產(chǎn)生的原因，合理采用選擇性保護(hù)技術(shù)，徹底排除故障，為機(jī)房配電系統(tǒng)故障的排除提供借鑒。

1低壓配電系統(tǒng)短路故障選擇性保護(hù)方法

當(dāng)前國內(nèi)外研究的低壓配電系統(tǒng)短路故障選擇性保護(hù)方法有以下幾種：

1.1過電流保護(hù)

目前，應(yīng)用最廣泛的短路故障選擇性保護(hù)方法是過電流保護(hù)，主要分為電流選擇性和時(shí)間選擇性。過電流保護(hù)機(jī)理如圖1所示。

由圖1可以看出，電流選擇性是通過設(shè)定上下級(jí)斷路器不同的整定電流來實(shí)現(xiàn)對(duì)過載、短路故障的選擇性保護(hù)配合，即三段式保護(hù)，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、原理簡單且成本較低。但基于電流選擇性的瞬動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間僅為開關(guān)的固有分閘時(shí)間，在短路電流足夠大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)上下級(jí)同時(shí)跳閘或上級(jí)先跳閘的情況，選擇性難以保障，且保護(hù)范圍亦受到限制，只能做到局部而非全范圍的保護(hù);時(shí)間選擇性則是對(duì)于相同的短路電流設(shè)定不同的動(dòng)作時(shí)間，靠時(shí)間來決定上下級(jí)的開關(guān)順序以實(shí)現(xiàn)選擇性。雖然彌補(bǔ)了電流選擇性的不足，但當(dāng)多級(jí)開關(guān)串聯(lián)時(shí)，延時(shí)時(shí)間累計(jì)增加，上級(jí)開關(guān)延時(shí)時(shí)間越長，故障時(shí)短路電流持續(xù)時(shí)間越長，整個(gè)配電系統(tǒng)要付出更大的代價(jià)來滿足動(dòng)熱穩(wěn)定的要求。

因此，雖然過電流保護(hù)在當(dāng)今電網(wǎng)的選擇性保護(hù)方式上應(yīng)用廣泛，但這種保護(hù)方式是以犧牲保護(hù)的快速性甚至可靠性為代價(jià)來獲取保護(hù)的選擇性。

1.2虛擬時(shí)間選擇性和能量選擇性保護(hù)

近年來，在傳統(tǒng)過電流保護(hù)的基礎(chǔ)上，一些改進(jìn)方法相繼被提出，虛擬時(shí)間選擇性保護(hù)即是其中之一。若下級(jí)QF2采用限流型斷路器，通過限流作用可使實(shí)際的短路電流幅值和持續(xù)時(shí)間大大減少，當(dāng)其限流系數(shù)越小時(shí)，則上級(jí)QF1斷路器所承受的短路電流作用就越小，其動(dòng)作時(shí)間隨著短路電流的增大而減小。虛擬時(shí)間選擇性保護(hù)機(jī)理如圖2所示。從圖2可以看出，這是一個(gè)等效的反時(shí)限特性曲線（即圖2中虛線所示），增強(qiáng)了上下級(jí)斷路器的選擇性保護(hù)特性。

能量選擇性保護(hù)也是改進(jìn)方法之一。它是指基于一定量值的短路能量同時(shí)作用于上下級(jí)斷路器上，由于上下級(jí)斷路器存在級(jí)差，短路電流只能使下級(jí)斷路器跳閘，而不足以使上級(jí)斷路器跳閘，僅能使其觸頭微微拆開，產(chǎn)生電弧而又限制了短路電流能量。當(dāng)下級(jí)斷路器QF2脫扣分?jǐn)嗪螅霞?jí)斷路器QF1又恢復(fù)而保持了閉合，從而實(shí)現(xiàn)了選擇性。能量選擇性保護(hù)機(jī)理如圖3所示。

這兩種方法在一度程度上增強(qiáng)了保護(hù)的選擇性。但從以上分析中不難看出，這兩種保護(hù)均是在傳統(tǒng)過電流保護(hù)的基礎(chǔ)上，從電器本身入手對(duì)傳統(tǒng)過電流保護(hù)方法進(jìn)行改進(jìn)，主要側(cè)重于上下級(jí)斷路器間的相互配合，并依賴廠家通過試驗(yàn)得出的選擇性配合表，并未考慮多層級(jí)的情況，在大電流的沖擊下仍無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的全選擇性保護(hù)。

1.3區(qū)域選擇性聯(lián)鎖保護(hù)

在輻射式電網(wǎng)中，各級(jí)斷路器可通過通信或數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)，即區(qū)域選擇性聯(lián)鎖保護(hù)，其工作原理如圖4所示。當(dāng)下級(jí)斷路器QF2檢測到的電流值大于脫扣器整定值時(shí)，即向上一級(jí)QF1的脫扣器發(fā)出邏輯等待指令，QF1閉鎖其脫扣裝置，直至下級(jí)QF2脫扣分?jǐn)嗪螅噶罱獬?。?dāng)下級(jí)QF2因故未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作，指令也解除，上級(jí)QF1作為后備保護(hù)而動(dòng)作。若QF1未接收到等待指令，則脫扣器按瞬動(dòng)整定值動(dòng)作。

2低壓配電系統(tǒng)對(duì)斷路器的要求

2.1低壓配電系統(tǒng)的組成

低壓配電系統(tǒng)是通信局（站）供配電系統(tǒng)的重要組成部分，主要將變壓器輸出的低壓市電與低壓油機(jī)發(fā)電機(jī)組的電能按照要求進(jìn)行切換，同時(shí)完成電能的分配工作，一般安裝在低壓開關(guān)柜中。

大容量通信局（站）系統(tǒng)，可以進(jìn)行兩路市電與一臺(tái)或兩臺(tái)油機(jī)的切換。進(jìn)線柜主要完成市電的引入、計(jì)量、測量與保護(hù)工作，主要安裝了避雷器、斷路器、電流互感器;ATS柜主要實(shí)現(xiàn)市電與應(yīng)急電源或市電與市電直接的切換，安裝設(shè)備包括ATS（雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)）、空氣斷路器、電流互感器CT等;補(bǔ)償柜主要用來提高功率因數(shù)，它與配電系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，主要安裝了負(fù)荷開關(guān)、避雷器、接觸器、電抗、電容、熔斷器等;饋電柜完成電能的分配工作，主要由斷路器、電流互感器組成。兩路市電母線通過聯(lián)絡(luò)柜進(jìn)行組合，聯(lián)絡(luò)柜主要完成兩段母線的閉合與分?jǐn)?，主要由斷路器、電流互感器組成。

2.2選擇性保護(hù)的要求

1.進(jìn)線柜內(nèi)的斷路器作為變壓器輸出的第一級(jí)開關(guān)，應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流選擇斷路器的額定電流，考慮到負(fù)載斷電重啟后的沖擊電流，斷路器的帶載量應(yīng)小于額定電流的70%以下，同時(shí)由于短路時(shí)產(chǎn)生的故障電流較大，為保護(hù)系統(tǒng)，要求其能夠承受的短時(shí)耐受電流最大。

2.當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，鄰近故障的前一級(jí)斷路器，必須快速切斷故障電流，同時(shí)具有選擇性保護(hù)的上級(jí)斷路器的脫扣機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，始終處于閉合狀態(tài)。即饋電柜內(nèi)的斷路器先跳閘，總的進(jìn)線斷路器不脫扣。

3.由于饋電柜內(nèi)的斷路器分?jǐn)喙收想娏餍枰欢ǖ臅r(shí)問，主開關(guān)斷路器應(yīng)能承受該短時(shí)間的短路或過載電流，保持在合閘狀態(tài)，同時(shí)工作正常。

3擇性保護(hù)故障案例分析

3.1故障原因分析

1.負(fù)載側(cè)存在短路故障。故障點(diǎn)有可能在饋電柜后端，由于短路電流過大造成該路饋電斷路器無法跳閘，由主開關(guān)進(jìn)行保護(hù);或是主開關(guān)與饋電斷路器之間存在短路故障，造成進(jìn)線主開關(guān)跳閘。

2.斷路器過電流保護(hù)。隨著負(fù)載增加，負(fù)載電流越來越大，超過斷路器的額定標(biāo)稱電流，達(dá)到斷路器延時(shí)保護(hù)的時(shí)間值，使斷路器動(dòng)作分閘。

3.斷路器本體損壞。由于使用年限過長，設(shè)備老化或內(nèi)部脫扣機(jī)誤動(dòng)作等設(shè)備本身原因跳閘，使系統(tǒng)斷電。

3.2故障處理

所有在用分路斷路器沒有自動(dòng)斷開，檢查總進(jìn)線斷路器與各在用分路斷路器之間一切正常，無氣味，無明顯燒灼點(diǎn)。將各在用分路斷路器斷開，做好應(yīng)急準(zhǔn)備后逐級(jí)送電，所有設(shè)備工作正常，說明負(fù)載側(cè)沒有發(fā)現(xiàn)短路現(xiàn)象。若存在短路故障，電路將快速跳閘。

測量負(fù)載電流：（300±2%）A，含蓄電池充電電流，800A斷路器不應(yīng)存在過載或偏載問題;觀察一段時(shí)間后，總斷路器仍能正常工作，確定斷路器沒有損壞。

將樓層總交流屏雙電源開關(guān)下端斷路器Ir設(shè)定為0.9，同時(shí)對(duì)所有綜合樓機(jī)房和變電所斷路器進(jìn)行普查，調(diào)整了一部分?jǐn)嗦菲飨嚓P(guān)設(shè)置參數(shù)，目前工作正常。

4結(jié)語

在分析傳統(tǒng)選擇性保護(hù)方法和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出多層級(jí)選擇性低壓短路保護(hù)試驗(yàn)系統(tǒng)。本文所開發(fā)的試驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌瑢蛹?jí)、不同類型的短路故障進(jìn)行實(shí)時(shí)采集測控，既能滿足短路故障的快速、實(shí)時(shí)、可靠檢測，又具備分析、辨識(shí)、預(yù)測能力，并可驗(yàn)證早期檢測算法和峰值預(yù)測算法在實(shí)際多層級(jí)低壓配電系統(tǒng)中的可行性，為低壓配電選擇性協(xié)調(diào)保護(hù)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景.

參考文獻(xiàn)：

[1]陳德桂.智能電網(wǎng)與低壓電器智能化的發(fā)展[J].低壓電器，2010（5）：1-6.

[2]何瑞華.智能電網(wǎng)系統(tǒng)中低壓電器發(fā)展探討[J].低壓電器，2011（1）：1-5.

[3]張培銘.智能電網(wǎng)與智能電器系統(tǒng)[J].電器與能效管理技術(shù)，2014（10）：5-9.

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