低壓配電線路保護選擇性技術分析

劉建興

（棗礦集團鐵運處，山東棗莊 277000）

0 引言

低壓配電線路作為電力傳輸的媒介，使用頻率較高，具有更高的危險發生頻率。隨著電力在日常生活中的應用范圍越來越大，低壓配電線逐漸出現在世界的每個角落，被越來越多的人接觸，大大地增加了低壓配電線路發生安全事故的頻率。對于這一狀況，最根本的解決辦法是完善對配電線路的保護措施，確保低壓配電線路能夠長期處于安全與穩定的狀態下。

1 低壓配電線路保護選擇性配合的必要性

低壓配電線路在使用過程中，極易發生安全事故，需要采取必要的選擇性配合措施，進一步提高配電線路整體的安全性與可靠性。在某些特殊情況下，必要的選擇性配合措施是配電線路使用過程中必不可少的重要內容。國家針對低壓配電線路設計制定過專項規范與條例，其內容有關配電線路保護選擇性技術的重要意義以及使用原則。必須確保配電系統內部的各級保護電器，可以具有選擇性地開展各項工作任務，這樣才能與線路保護選擇性技術之間進行有效配合。

我國早已完成保護電器的批量生產與使用，但由于技術和資金等方面的限制，我國保護電器的各項性能略遜于各國同期產品。因此，以低性能保護電器的配合，實現低壓配電系統的各項工作，是十分困難的。近年國家在此領域投入大量資金和技術，我國低壓電器得到較快發展，尤其是熔斷器等相關產品的性能，得到極大改善。

在工程設計過程中，配電線路的保護選擇性經常被各界忽略。低壓配電保護的選擇性對于整個配電系統而言，是十分關鍵的，尤其對于一級負荷，停電、斷電會誘發火災或爆炸等安全事故，對人身財產安全造成威脅。電力突然中斷還會使生產過程出現斷層，嚴重損壞產品或機械設備，甚至使部分公共區域產生混亂。再疊加停電引起的信號中斷，進一步擴大人群恐懼，最終造成無法挽回的嚴重后果。因此，為了避免以上問題的發生，必須嚴格控制電力系統的總開關與分開關，使配電線路保護更具有選擇性。

2 低壓配電線路保護選擇性的原理

2.1 保護選擇性的定義

保護選擇性的基本對象是電力系統中的各類自動保護裝置，通過這些裝置的有效配合，當電力系統出現問題或故障時，實現故障點的保護設備動作，而該設備的上級保護設備不動作。保護選擇性按規則分為完全選擇性和部分選擇性兩種情況：

（1）完全選擇性。一旦在電力系統中發現存在故障點，必須保證故障處電流從負載側的D2 處斷路器進行動作分段，同時確保電源側的D1 始終處于閉合狀態。

（2）部分選擇性。在確定保護選擇性類型之前，實地分析短路故障的電流情況，如果電流較大就不能實現完全選擇性，但不排除某一故障處電流值較低的情況，即故障點的上、下級斷路器具有選擇性。

在電力系統當中，選擇性極限電流值一般指負載側保護器和電源側保護器在時間與電流之間產生的交點。一旦故障處的電流值高于此數值，可能出現電源側保護器在負載側保護器動作完成前，開展動作的情況，無法確切保證選擇性。如果配電線路出現短路或過載，會使斷路器跳閘，影響其選擇性。

2.2 保護選擇性的原理

由于低壓配電線路的故障問題頻繁發生，很多品牌的斷路器轉變了性能。以ABB 為例，其生產的斷路器已由傳統的框架式塑殼結構，轉變為微型斷路器結構，同時具有完全選擇性。這種全新的斷路器結構，配合原有電力系統中的其他各類裝置，可以驗證配電線路保護是否具有安全性。再根據配電線路的實際情況，選擇最合適的斷路器，形成完整的上、下級方案，最終達到保護選擇性的效果。斷路器的保護選擇性是由以下兩點作為自身工作的主要原理：

（1）時間選擇性，主要用于低壓短路電流的保護。在該情況下，上級斷路器的脫扣時間做一定程度的延時，使下級斷路器先行脫扣。短路保護電流的整定值之比＞1.5，就可以確保其保護的選擇性。

（2）能量選擇性，主要用于大短路電流的保護。該類情況必須充分融合斷路器的限流能力和能量脫扣技術。如果兩個斷路器同時檢測到大短路電流存在，則下級斷路器必須快速限流，使上級斷路器產生的電能支持其進行脫扣，進而實現完全的選擇性。斷路器的電流比＞2.5 時，就可以保證能量選擇性。

2.3 保護選擇性的條件

保護選擇性分為自然選擇性和延時選擇性兩種形式：

（1）自然選擇性，利用斷路器的殼架電流級差，實現保護選擇性。該情況下，斷路器之間進行有機配合與調查，實現選擇性配置的良好應用。可以通過廠家提供的配合表來開展各項任務工作，進一步提高選擇性的效力。

（2）延時選擇性，利用短路短延時的方法，實現保護選擇性。必須確保上級斷路器的開啟時間，不低于下級斷路器進行全分閘的時間，這是實現延時選擇性的先行條件。

3 低壓配電線路保護的選擇性配合

3.1 上下級斷路器采用自然的完全選擇性

一般購買機器時，生產廠家會搭配斷路器，為買家提供對應的選擇性配合表。因此，在選擇斷路器時，必須根據賣家所提供的選擇性配合表來選擇那些具有完全選擇性的上、下級斷路器。對于自然的完全選擇性斷路器，其優點是不論故障電流數值的高低，都可以始終確保其選擇性，完全不用擔心增加延時時間而加重整個電力系統的負擔。配電系統的保護一定要將自然的選擇性作為所有硬性條件的首要考慮因素，這樣才能真正地滿足上下級斷路器所提出的各項要求。

通過對整個電力系統的合理規劃以及設備選用，可以真正實現自然的完全選擇性。在無法運用完全選擇性的情況下，要及時更改選擇性類型，在完全選擇性之外，首要的選擇類型是部分選擇性。必須注意，如果想實現部分選擇性，就必須使短路電流的數值始終低于選擇性極限的電流總值。

3.2 斷路器的脫扣器類型與選擇性的關系

以施耐德品牌的斷路器為例，其包括的脫扣器類型主要分為電磁脫扣器、電子脫扣器和智能脫扣器等。在低壓配電線路當中，需要根據線路的實際情況選擇脫扣器的類型。

電子脫扣器和智能脫扣器主要應用于電源端，屬于三段保護，所能接受的電流范圍較大，更容易滿足線路對脫扣器的各項選擇性要求。相比之下，熱磁脫扣器屬于二段保護，最適合末端配電區。電磁脫扣器大多用于電機的啟動場合，及一些不容易跳閘的區域，防止脫扣器影響整個系統的穩定性。

3.3 各級配電保護的選擇性配合

3.3.1 變電所低壓柜

變電所低壓柜的開關類型不同，對應選擇不同的斷路器，總開關一般選擇框架式斷路器，出線開關選擇塑殼式斷路器。變電所低壓柜的總開關具有一定選擇性：第1 種方法是按照選擇性表格進行類型選擇，在框架電流的相差值超過二級時可以確保其選擇性要求；第2 種方法是取消聯絡開關的瞬動保護能力，控制總開關和分開關的長延時整定值在＜1.6 的范圍內；第3 種方法是改變聯絡開關的形式，使其變成一種框架式的負荷開關。

變電所低壓柜的總開關和分開關都具有一定選擇性。曾有觀點認為，為了確保開關的選擇性，可取消瞬時保護，維護短延時。然而取消對總開關的瞬時保護，不利于電力系統動熱裝置的穩定性，會破壞變壓器，影響到高壓側機繼電保護的整定情況，這是沒有必要的。選擇變電所低壓總開關時，最好選取具有三段保護的智能型脫扣器，不僅可以滿足保護低壓配電線路的靈敏性需求，還能夠實現保護選擇性。

3.3.2 中間樓層配電箱

樓層配電箱的總開關大多選用塑殼式斷路器，若變電所與樓層配電箱的中間區域選用放射式供電，那么樓層配電箱的總開關也可以使用負荷開關。這是由于上級變電所的開關和配電箱距離相差較大，短路電流的差值更大，容易實現保護選擇性。如果該區域存在保護死區，可以將出線開關更改為三段式保護裝置，以此提高線路整體的靈敏性。如果變電所與樓層配電箱的中間區域選用樹干式配電，那么配電箱的總開關可以使用斷路器。選擇變電所的總開關、出線開關以及分開關等裝置，仍根據斷路器的品牌類型和選擇性配合表決定。避免所購裝備與設備之間出現不匹配的現象，進而最終實現完全選擇性的良好配置。

4 結束語

在低壓配電線路的設計過程中融入保護選擇性技術，需要更加全面地了解配電設計的規范性要求。特別是針對低壓配電線路保護的各項要求，一定做好基本計算，嚴格控制設計參數，才能避免保護電器的兩端出現矛盾，最終提高配電線路的安全性。