低壓配電系統短路故障保護方法分析

摘要：本文簡要闡述了低壓配電系統與短路故障的主要特點，從交流配電系統的故障保護、直流配電系統的故障保護、交直流混合型配電系統的故障保護三個方面深入分析低壓配電系統短路故障的保護方法，保障社會經濟的可持續發展，通過調整可以給用戶提供更優質的服務。

關鍵詞：低壓配電系統;故障保護;短路故障

前言：在配電系統當中低壓配電系統是其非常重要的組成部分，是否正確選擇能夠對整個系統的安全性與可靠性造成直接影響。二十世紀九十年代，中國修訂與制定了關于電氣技術的標準和規范，和IEC的標準基本上相同。不過，由于當前建筑電氣的施工與設計當中仍然存在電流保護器出現接線錯誤、接地形式混亂等問題，時常發生電氣事故。

一、低壓配電系統與短路故障的主要特點

（一）配電系統的特點

配電線路是由多種電線所組成，通常自身的結構特點為網狀，同時按照各個組成部分地理位置的不同區分出不同的結構，具體按照各組成的不同方位、電源具體方位、電壓設置的大小等。常見的組成結構分為手拉手環狀和輻射式兩種。針對輻射式而言，它的主要特點包括便于維修保護、結構簡單、構成簡便。缺點就是因為它的供電方式為單電源，所以系統并不安全，整體穩定性比較差。手拉手式的環狀結構相較于輻射式，主要是增加了一個備用電源，從整體上提升了運行能力[1]。通常狀態下，斷開開關，供電方式采用開環;發生突發情況時，切斷電力的情況下，閉合開關，另一端可以繼續發揮其供電作用，這種方式具有穩定性和安全性。

（二）配電系統中發生短路故障的特點

電力系統在供電運行時，經常會發生故障問題，短路故障算是比較常見的一種故障問題。通常發生的情況為兩相之間的短路、單相接地短路等。具體產生故障的影響因素包括：

1.組成部件本身發生損壞

組成配電線路涵蓋線路中的絕緣體和零部件，如果長期暴露在空氣當中，會因為自然侵蝕和天氣變化等自然因素被損壞。通常情況下，會因為工作人員缺乏責任心導致原件的組成和安裝不符合規定，忽視了定期的維護工作等，導致設備在整體運行上發生磨損，出現短路現象。

2.外界因素

因為配電線路的特征，必須要在自然界中長時間磨損，經歷風霜雨打，非常容易發生危險，人們在日常生活中經常見到電線斷裂、電線桿傾倒等其他危險;部分工作人員沒有根據規定操作等。這些違規操作都會發生線路短路，嚴重威脅著人們的生命安全。

二、低壓配電系統中短路故障保護的具體方法

（一）交流配電系統的故障保護

在低壓配電系統當中，選擇性保護對其具有重要意義，它一定要有極高的可靠性，確保配電系統在發生短路故障的過程中，可以有效準確并且快速的切除故障，通常使用的方法包括：第一，電流選擇性。它的實現主要是通過設定不同的電流動作值讓上下級保護電器。如果配電系統發生故障，因為線路阻抗間的差異，讓上下級具有不同的短路電流值，所以能夠達到選擇性保護。這種方式的優點包括成本較低、技術成熟、原理簡單。第二，時間選擇性。基于電流選擇性提出了時間選擇性，通過給上級斷路器添加了一個可調或者固定的短路短延時系統，讓其在發生短路故障的過程中，下級斷路器的實際脫扣時間要小于上級斷路器從而避免越級跳閘，滿足全選擇性的保護目的。這種方法使用了時間選擇性和電流選擇性充分結合的原理，讓時間曲線和上下級具有保護裝置的電流不出現重合與相交的情況，從理論上講可以實現全選擇性的保護。第三，虛擬時間的選擇性。這種方式是在傳統的選擇性保護方法基礎上進行改進，下級的支路當中運用限流型的斷路器進而限制短路的電流幅值，讓上級斷路器中的脫扣器承受比較小的短路電流，它的動作時間隨短路電流增大而變小。

（二）直流配電系統的故障保護

綜合考慮直流配電系統的可靠性，它的拓撲結構要求簡潔實用，涵蓋環形、輻射型、兩端型（多端型）。它與交流配電網相比，直流配電網所包括的故障特征為：第一，直流線路當中沒有電抗，所以交流線路中的阻抗要遠遠大于直流線路阻抗，在系統當中兩個相鄰的直流斷路器其保護范圍內只有較小差別的短路電流。第二，在直流電路當中，其電流無法自然過零點，出現滅弧困難的情況，已經低壓交流中成熟的滅弧技術不能直接應用到直流的配電網當中[2]。第三，發生故障時，直流配電系統當中的分布式電源和電力電子變流器都會向故障點輸入電流，造成故障電流的快速上升，這也給直流配電系統的快速性保護裝置和方法提出更高要求。

直流配電系統按照所保護區域能夠分成兩種：非單元式保護與單元式保護。非單元式保護缺少清晰的保護區域，假設保護裝置達到設定的閾值時就開始動作，可以給鄰近的線路提供一條天然的后備保護;電流變化率保護、微分欠壓保護、距離保護、行波保護等都屬于非單元式保護。而單元式保護具有一定的保護范圍，保護動作產生的選擇性主要取決于各端被保護區域的電量比較，不過在區外產生故障時，不保護動作。所以，這種保護方式不能給設備或者臨近線路提供相應的后備保護，差動保護和電流保護都是單元式保護最常見的保護。

（三）交直流混合型配電系統的故障保護

隨著交流配電網的發展逐漸趨于成熟，它的負載與交流電源還是當前低壓配電網中重要的組成部分，盡管直流配電網在諸多方面都有較大優勢，不過因為當前階段變換器和直流斷路器等一些技術水平的限制不能被大規模的應用到實際電網當中，所以直流配電系統不能將交流配電系統完全取代，建設交直流混合型配電網才是未來配電系統整體的發展趨勢。

低壓交直流混合型配電網的組成是由直流與交流配電系統混合而成，在該系統當中使用了經典的拓撲結構。它通過AC/DC雙向換流器連接著交直流的母線，許多分布式電源經過功率變換器與直流母線相連接當做直流側電源，系統能夠提供許多形式的電能，針對交直流負載起到較好的兼容性。

低壓交直流混合型配電系統涉及到交直流兩側所具有的混合配電系統，所以直流和交流所含有的不同短路特性讓故障情況更加復雜，交直流兩側都會受另一方的影響。交直流型混合系統之間的相互作用能夠分成兩個部分：交流暫態侵入和直流暫態侵入，也就是說交流側發生故障會影響到直流側，直流側發生故障會影響到交流側。這種特殊性讓故障保護實施的可行性遇到巨大挑戰。通過分析低壓交直流系統之間的故障特性，考慮直流系統和低壓交流系統之間的保護方式，希望低壓交直流型配電系統未來的保護技術能夠越來越成熟。

結論：總而言之，隨著中國電氣事業的快速發展，不斷完善了電力配電系統，同時幫助配電系統走向成熟，提高了主動保護的可靠性和靈敏度。電氣單位要做好主動保護的工作，能夠把直流故障所產生的影響力降到最低，最大程度的縮小破壞范圍，減小對斷路器造成的傷害。

參考文獻：

[1]繆希仁，唐玲玲，莊勝斌，等.低壓配電系統短路故障保護方法綜述[J].電器與能效管理技術，2019（15）：21-29.

[2]張麗春，劉艷芬，張培銘，等.企業配電網電壓跌落原因分析及控制策略[J].包鋼科技，2019，45（02）：1-36.

作者簡介：

羅靜海，性別：男 出生年：1967 ，籍貫到市：山東省東營市， 民族： 漢族，職稱：高級技師，學歷：大專，研究方向：電氣自動化，單位名稱：? 辛店街道舒苑協調站，單位所在省市：? 山東省東營市。