低压配电系统的选择性保护技术

摘要 低压配电系统中，由于网络中某一处故障导致整个网络供电出现暂停的现象是不允许 的，可见选择性保护对于保证系统供电可靠性是极其重要的。只有正确地理解选择性保护的意义 和相关技术要点，才能在电气设计中选择正确的断路器等电气设备，实现系统的选择性保护。本 文论述了低压配电系统的几种选择性保护技术，并分析了低压配电系统对各级断路器的要求和低 压配电系统选择性保护在实施中的要点。

关键词：低压配电系统；选择性保护；断路器；实施要点

选择性保护是指两个或两个以上保护装置的动作特性进行相互配合，当在某个指定范围内发生短 路、接地或其他过流现象时，在这个范围内指定动作的装置进行动作以切除故障，而此范围外的 装置不动作。也就是当低压配电系统中某一点发生过流故障时，配电的电气设备按照预先规定的 动作顺序进行有选择的开断动作，绝对不允许越级脱扣。择性保护的重要意义在于：当低压配电 系统出现短路故障、接地等过电流现象时，配电系统中的保护装置既要能够可靠切除故障，又要 保证停电范围最小。 1系统选择性保护技术

在短路保护的区域范围内，实现低压配电系统中断路器的保护性跳闸是很困难的，需要以下几种 方法相互配合完成。 1.1电流选择性

当低压配电系统中发生短路故障时，可根据系统线路阻抗的差异造成上下级断路器测得短路电流 大小的不同，进行电流的选择性保护。此项保护依靠相邻级的断路器中脱扣器的动作值不同来实 现，这种方法可应用于 A类塑壳断路器、小型断路器和剩余动作电流断路器的保护中。按照相 关标准，一般要求断路器 1的最小瞬动电流不小于断路器 2的最小瞬动电流的 1.4倍，即 I1≥1.4I2。 1.2时间选择性

当短路电流较大时，可根据上下级断路器动作时间不同来实现选择性保护。断路器的断开工作过 程如下：发生短路故障后，脱扣器自动解扣，断路器的触头在操作机构的作用下断开，过程中产 生的电弧经由灭弧装置熄灭，断路器开断工作完成。从短路开始到脱扣器即将解扣前的这段时间 叫做脱扣时间；从短路发生直到全部分断动作完成的时间叫做全分断动作时间。为保证时间选择 性，断路器必须满足：在安秒特性曲线中，主断路器的脱扣时间大于分支断路器的全分断动作时

间。对于 A类断路器，上下相邻两级断路器的脱扣曲线在过载区内不相交，也不重合，但在瞬动 区，两条曲线则会出现交叉甚至重合。因此为实现时间选择性，上级断路器应采用具有耐受电流

能力和短路短延时的 B类断路器。 1.3虚拟时间选择性

当下级配线采用限流型断路器时，上级进线承受的短路电流与限流系数有关，限流系数越小，短 路电流作用就会越小，线路的动作时间则会越长。故电流-脱扣特性曲线为反时限特性，这样增 强了配线与进线的选择性保护特性。 1.4逻辑选择性

逻辑选择性，又叫做区域选择性联锁。逻辑选择性保护的实现以上下级断路器都具有通信功能和 智能化功能为前提。逻辑选择性的工作程序如下：①下级断路器发生故障并检测到故障后，向上 级断路器发送信号，使其不脱扣；②上级断路器接收到不脱扣指令，并执行指令，保持不脱扣； ③下级断路器跳闸动作，切除故障电源；④上级断路器保持闭合，或者在设定时间内下级断路器 不脱扣的情况下，进行脱扣。以下图 1为例。其工作原理为：①断路器 CB2的出线发生故障时， CB2断路器断开，将故障切除；②断路器 CB2发生故障时，断路器 CB2的脱扣器自动向上级 断路器 CB1的脱扣器发出信号，使 CB1由原来整定的脱扣时间改为延时时间，倘若超过了延时 时间，断路器 CB2仍然不跳闸，此时断路器 CB1发生跳闸切除故障；③如果断路器 CB2发生故障 后的故障电流远远大于其承受能力，断路器 CB1无论收到 CB2的信号与否，都即刻跳闸切除故 障。

图1 区域选择性 1.5 能量选择性

能量选择性，是指以具有限流能力的上下级断路器为基础，利用脱扣器灵敏的脱扣性能反应线路 的短路能量，实现选择性保护的技术。当发生故障，上下两级断路器均检测到大电流时，下级断 路器具有很快的限流速度，使得短路能量低于上级断路器实现脱扣动作的能量，从而上级断路器 无法动作。由上下级断路器的能量曲线可知，实现能量选择性的条件是：下级断路器的短路能量 曲线低于上级断路器。

2低压配电系统对各级断路器的要求

低压配电系统的选择性保护技术对各级断路器有以下几点要求。 2.1进线柜

进线柜的主开关采用框架断路器，应满足下列要求：

1）智能化的控制器，可实现在线故障监测，动作值整定，通信等控制功能。

2）额定短路极限分段能力，额定短路运行分断能力以及额定短时耐受电流三者相等，分别列出 其0.2s，0.5s，1s时的电流。

3）控制器抵抗电磁干扰的能力应较强。 4）短路短延时时间取 0.2～0.5s。 2.2配电柜

配电柜主要采用塑壳断路器，应满足以下要求：

1）限流型，小容量断路器的限流能力应在 6～10kA以下。

2）带有 0.2～0.4s的短路延时性，最好为整定值可以调节的三段保护。 3）具有通信功能，利于区域选择性联锁的实现。

4）带电子脱扣器的断路器要求有较高的抗电磁干扰能力。 5）有一定的额定短时耐受电流。 2.3终端

配电系统终端的主要元件为小型断路器，应满足以下要求： 1）采用限流型的产品。

2）具有一定的额定短时耐受电流，比如 0.2s，10～20kA。 3）可调的保护整定值。

4）漏电保护器或者漏电断路器的电流和电压值可调。 2.4目前存在的不足

目前的断路器还不能满足低压配电系统对于保护选择性的全部要求。比如：小电流的塑壳断路器 虽然带有电子脱扣器，但是受尺寸大小的限制，没有短路短延时的功能；大多数的塑壳断路器和 小型断路器没有额定短时耐受电流的要求；智能型的断路器价格过高，虽然可采用分体式群控的 措施，但是如何及时优先处理故障回路的跳闸问题还有待研究；目前塑壳断路器的跳闸机构极少 具有能量选择性；等等。这些问题需要进一步的研究解决。 3选择性保护设计的实施要点及实现 3.1

选择性保护形式的确定

选择性保护技术主要包括全选择性保护和部分选择性保护两种。全选择性保护是指，在上下级断 路器之间发生故障且处于下级断路器的保护范围内，出现的故障电流在过载整定值与三相短路电 流值之间时，由下级断路器跳闸切除故障，上级断路器保持不动作，保证保护的选择性。部分选 择性保护是指，当故障电流大于某个预定值时，上下级断路器的特性曲线有交点，无法保证全部