小型斷路器的極間配合及區域聯鎖保護控制方案設計

摘要：通過分析傳統的斷路器級間時間—電流保護特性曲線，斷路器發生保護時的完全選擇性和部分選擇性及電流選擇性和時間選擇性，并且結合了當短路故障發生時斷路器選擇性與斷路器動作發生的靈敏性的關系并對此進行總結。并以上述總結為基礎析提出一種適用于小型斷路器實現區域選擇性聯鎖的控制方案。

關鍵字：小型斷路器；斷路器的極間配合；選擇性保護；ZSI

一、引言

在現如今的低壓配電系統里，發生短路故障產生的電流的熱效應對配電系統的損害與配電系統各級間的配合不當而產生不必要停電而造成損失是低壓配電系統需要解決而又相互矛盾的兩個問題[1]。配電系統出現故障的各種短路是難以避免使所設計的系統能在最短的時間里消除出故障，保持供電的連續性和可靠性是配電系統設計的首要內容。因此應盡可能的縮短系統不必要的反應時間，并且盡可能的控制斷電的范圍。區域選擇性連鎖則是為了解決反應時間和保護選擇正確性的的矛盾而產生的一項技術[2]。不過小型斷路器體積較小，空間難以安裝適用于塑殼式斷路器的控制芯片，因此本文擬設計一種簡單的ZSI保護方案，更契合小型斷路器的使用環境及自身條件。

二、傳統的小型斷路器的極間配合設計分析

（1）斷路器的上下級關系

一般的斷路器分類分為A型和B型兩種，A型代表斷路器非選擇型斷路器不具有選擇性，其中的脫扣器為短延時，沒有需要耐受短路電流要求，一般為普通熱磁脫扣器。B型則是選擇型斷路器，它的脫扣器是可以進行選擇的短延時，有需要短時耐受短路電流的要求，一般使用的電子脫扣器[3]。我們一般使用的小型斷路器均為A型，所以要進行改良小型斷路器基礎上提出適用小型斷路器的ZSI技術。

（2）斷路器的完全選擇性及部分選擇性

假定D2斷路器發生短路故障，D1是D2的上級斷路器，想要D1和D2獲得完全選擇性，則D2下級斷路器的故障值（從過載電流到最大三相短路電流）產生時D2斷路器分斷，D1斷路器不動作。為此需D1，D2斷路器參數應滿足下列兩式：

滿足上述關系，D1和D2獲得完全得選擇性。不過一般情況，式（2）很難滿足，當短路電流關系為時，D1的瞬時脫扣裝置啟動，而瞬時脫扣器很難達到選擇性要求，這種情況D1，D2之間只具有部分選擇性[4]。

（3）斷路器的電流選擇性及時間選擇性

在配電系統中中，電源到故障點間的正常工作電流和短路過載故障電流，會因為故障點的遠離電源而線性減小。上下級斷路器，D1上級D2下級， ，當配電的級數下降時，相應斷路器的正常工作電流和短路過載故障電流隨級數下降[5]。

電流選擇性就是利用斷路器的正常工作電流和短路過載故障電流隨級數下降的保護特性偏移，當D2斷路器的最大短路電流小于D1斷路器瞬時脫扣器整定值實際使用還要留出1.1倍的裕量，上下級獲得完全選擇性，否則只具有部分選擇性，當下級斷路器D2出口處的短路電流值上述條件限制之前時具有選擇性，這個值被稱做選擇性極限電流，如果超過了這個值，只能獲得部分選擇性。時間選擇性是下級斷路器發生故障脫扣的流程時間取與上級斷路器的承載故障電流不動作的時間差得到的。

（4） 斷路器選擇性與斷路器保護動作靈敏性間的關系

斷路器保護動作靈敏性就是，斷路器工作的線路末端會發生的最小短路電流值與斷路器短路保護動作的整定電流之比，即

一般使用中要求 K≥1.3。

由以上得知，非選擇型斷路器的完全選擇性和其動作靈敏性間相互矛盾，在工程中應根據實際使用選擇斷路器的種類，設定延時參數做出取舍。

三、小型斷路器的區域聯鎖方案設計

區域選擇性連鎖就是為了解決上述的傳統選擇性和速動性間的矛盾因為智能電器的出現普及產生。當配電系統的發生短路過載等故障時時，不但要準確的切除故障點還要盡可能小范圍的將故障從電力系統中排除，減小不必要的停電，盡可能的保證配電系統中的大部分用電器正常運行[6]。

ZSI原理是保護電器之間的工作狀態及所保護線路的實時狀態通過信號線聯通交換并根據智能處理器的自動判斷處理實現配電系統中中各級保護電器之間的優化選擇性配合[7]。

現有ZSI技術一般只適用于塑殼式斷路器，而不適用于小型斷路器，因為小型斷路器體積較小，空間難以安裝適用于塑殼式斷路器的控制芯片，所以提出一種群組控制形式。

假定D1和D2在配電系統分屬上下級斷路器，他們具有獨立的脫扣器和共同的智能處理器，斷路器D2的短路延時人工設置大于D1。D1處短路電流大于整定值時，控制器判斷D1瞬動并向上級D2發送ZSI信號[8]。D2動作情況由處理器檢測狀態信號來給出控制信號：

1.當D1的ZSI信號并檢車到D2處短路電流也大于D2整定值，則D2根據預設延時工作

2.收到ZSI信號但D2電流小于其整定值，D2無動作。

將類似情況拓展到3級情況時當D1處短路電流大于整定值，處理器檢測D1處ZSI信號并分別檢測D2處D3處的工作狀態，電路狀態，來判斷電路中的D2，D3如何動作。

這種ZSI技術與傳統的那種各級間獨立運行互相傳送聯鎖信號相比，具有簡單，成本低，體積小。互相配合設定更加容易清晰的優點，更適合智能電網中的應用。

參考文獻

[1] 張培銘 智能電網與智能電器系統.電器與能效管理技術 2014 5 9.

[2] 鮑光海 低壓控制與保護電器智能化技術研究.博士學位論文.福州大學 2011

[3] 何瑞華 我國低壓斷路器現狀與發展動向 電氣技術2009 9 13.

作者簡介：閻放（1993—），男，遼寧沈陽人，沈陽工業大學電氣工程學院2016級電氣工程專業碩士研究生，研究方向：電器及其控制。