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，闡述了低壓配電系統(tǒng)對選擇性保護(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配電，一旦出現(xiàn)短路故障，將危害整個通信系統(tǒng)的正常運行，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)定上下級斷路器不同的整定電流來實現(xiàn)對過載、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保護(hù)的動作時間僅為開關(guān)的固有分閘時間，在短路電流足夠大時，會出現(xiàn)上下級同時跳閘或上級先跳閘的情況，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);時間選擇性則是對于相同的短路電流設(shè)定不同的動作時間，靠時間來決定上下級的開關(guān)順序以實現(xiàn)選擇性。雖然彌補(bǔ)了電流選擇性的不足，但當(dāng)多級開關(guān)串聯(lián)時，延時時間累計增加，上級開關(guān)延時時間越長，故障時短路電流持續(xù)時間越長，整個配電系統(tǒng)要付出更大的代價來滿足動熱穩(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來獲取保護(hù)的選擇性。

1.2虛擬時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，虛擬時間選擇性保護(hù)即是其中之一。若下級QF2采用限流型斷路器，通過限流作用可使實際的短路電流幅值和持續(xù)時間大大減少，當(dāng)其限流系數(shù)越小時，則上級QF1斷路器所承受的短路電流作用就越小，其動作時間隨著短路電流的增大而減小。虛擬時間選擇性保護(hù)機(jī)理如圖2所示。從圖2可以看出，這是一個等效的反時限特性曲線（即圖2中虛線所示），增強(qiáng)了上下級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作用于上下級斷路器上，由于上下級斷路器存在級差，短路電流只能使下級斷路器跳閘，而不足以使上級斷路器跳閘，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)下級斷路器QF2脫扣分?jǐn)嗪?，上級斷路器QF1又恢復(fù)而保持了閉合，從而實現(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)重于上下級斷路器間的相互配合，并依賴廠家通過試驗得出的選擇性配合表，并未考慮多層級的情況，在大電流的沖擊下仍無法實現(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，各級斷路器可通過通信或數(shù)據(jù)交換來實現(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)下級斷路器QF2檢測到的電流值大于脫扣器整定值時，即向上一級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QF2脫扣分?jǐn)嗪螅噶罱獬?。?dāng)下級QF2因故未能在規(guī)定時間內(nèi)動作，指令也解除，上級QF1作為后備保護(hù)而動作。若QF1未接收到等待指令，則脫扣器按瞬動整定值動作。

2低壓配電系統(tǒng)對斷路器的要求

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)行兩路市電與一臺或兩臺油機(jī)的切換。進(jìn)線柜主要完成市電的引入、計量、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，同時由于短路時產(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耐受電流最大。

2.當(dāng)故障發(fā)生時，鄰近故障的前一級斷路器，必須快速切斷故障電流，同時具有選擇性保護(hù)的上級斷路器的脫扣機(jī)構(gòu)不動作，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問，主開關(guān)斷路器應(yīng)能承受該短時間的短路或過載電流，保持在合閘狀態(tài)，同時工作正常。

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)到斷路器延時保護(hù)的時間值，使斷路器動作分閘。

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。將各在用分路斷路器斷開，做好應(yīng)急準(zhǔn)備后逐級送電，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，同時對所有綜合樓機(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)方法和試驗研究的基礎(chǔ)上，提出多層級選擇性低壓短路保護(hù)試驗系統(tǒng)。本文所開發(fā)的試驗系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌瑢蛹?、不同類型的短路故障進(jìn)行實時采集測控，既能滿足短路故障的快速、實時、可靠檢測，又具備分析、辨識、預(yù)測能力，并可驗證早期檢測算法和峰值預(yù)測算法在實際多層級低壓配電系統(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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