0.4kV低壓配電系統安裝位置的選擇與剩余電流參數調整研究

魏保壇

(廣州協晟電力安裝有限公司，廣東 廣州 510000)

1 引言

低壓配電系統中，應用時間最長的電力系統保護裝置是電流動作型剩余流量保護裝置，也是對低壓電網漏電故障進行有效管理的重要保障方法。隨著計算機數字技術的快速發展與電流理論研究的逐步深入，在低壓配電系統剩余流量保護范疇中，諸多新技術得以運用。目前，低壓配電系統中應用較為廣泛的是脈沖動作技術，且創新型技術已經在電流保護領域起到實效作用。本文旨在通過研究當前低壓配電技術的現狀，判斷各類型剩余電流保護裝置的正確性，分析會對剩余電流保護裝置產生影響的參數因素，并結合上述內容，提出針對0.4kV低壓配電裝置系統參數調整的有效方案。

2 剩余電流保護裝置應用現狀

當前低壓配電系統中，主要應用的剩余電流保護裝置的類型包括電流動作型、脈沖動作型、電流分離型。判斷電流保護裝置類型的實效作用，需要明晰各類型裝置的應用優點與缺點。0.4kV低壓配電系統中電流動作型剩余電流保護裝置屬于觸電保護機制，是繼電壓動作型保護裝置的后續應用，應用規模較廣，安裝位置主要從整體供電系統中的低壓配電出線處、接地線處、大/小分支處以及末端處進行選擇，能夠向全電網系統提供總保護、分支保護以及末端保護，同時，此類保護裝置不僅能夠設置為單級保護，還能夠設置成分級保護模式；電流脈沖動作型與三相動作型剩余電流保護裝置同樣屬于近代創新型保護系統，建立在電流動作型保護裝置的基礎上，并根據原本的保護裝置系統衍生、升級出的保護類型，其主要對電力線路剩余電流與人體觸電電流產生區分作用。上述幾種類型的電流保護裝置都受到電路集成化高的影響，會在安裝與應用過程中產生較大成本，且存在裝置誤動與拒動的情況，這幾個缺點導致以上類型的剩余電流保護裝置沒有得到大范圍的使用。而電流分離動作型電流保護裝置不同于上述三種類型的應用特征，其屬于電流動作型剩余電流保護裝置的特殊化形式，這一形式使其保護機制能夠有效規避常規剩余電流保護裝置存在的誤動與拒動故障。但是其缺點在于:算法成熟度較低，對系統硬件方面有較高要求，當前對于此技術的應用主要處于研究階段，距離大規模投產還有一定距離。隨著相關技術的逐步完善，會進一步推進電流分離技術的發展，這為此類電流保護裝置提供可觀前景。

3 各類剩余電流保護裝置特征分析

3.1 電流動作型剩余電流保護裝置

此類裝置在低壓配電系統中的應用優勢在于:動作機制相對簡潔、清晰，安裝過程便捷；但當三相剩余電流出現不平衡狀態時，會出現過靈敏動作區與不靈敏動作區，無法對人體觸電電流與線路中的剩余電流進行有效區分，這一特征也降低了觸電保護設備的正確投運率。近年來，在0.4kV低壓配電系統中，此類設備的使用率依然較高。結合較長周期的應用可知，當低壓電網存在波動或剩余電流時，此類裝置不具備良好的穩定性，出現誤動與拒動的概率較高。

3.2 電流脈沖動作型剩余電流保護裝置

此類型電流保護裝置與簡易版電流動作型剩余電流保護裝置相似，均是通過零序電流互感器收集剩余電流的信號。之后將剩余電流信號進行放大、整流以及濾波，完成直流量電流的轉換。這一類型保護設備的關鍵性技術是:利用微分電機，將突變的電流信號進行提取，當信號達到預期值時，將其輸送至執行機構，進而出現分段保護動作。此類型保護裝置的主要應用優勢在于:首先，能夠將剩余電流信號與電網中的剩余電流進行區分，判斷出真正出現漏電現象的電流信號，并對其提供保護，保證電網的平穩運行；其次，從測控電路結構中通常會采用集成電路，此類保護裝備的應用能夠發揮出高效、精準度高、結構緊湊、電路功能強的優勢特征。而此類設備的劣勢在于:當突變不平衡電流達到較高數值時，有一定幾率出現保護裝置誤動的情況；此類保護裝置測控成本較高，且電路環節較多。

3.3 電流鑒幅鑒相動作型剩余電流保護裝置

鑒幅鑒相動作型剩余電流保護裝置屬于動作型剩余電流保護裝置的新型動作模式，此設備在原有的脈沖式動作機制上，添加了鑒相技術。此類保護設備與上述兩種保護裝備相比，在分辨率與可靠性方面更有優勢，但調相與參考信號會受到電流幅值的干擾，且其存在保護死區，電子電路組成相對復雜，投產成本在這幾類中最高。

3.4 電流分離動作型剩余電流保護裝置

分離動作型剩余電流保護裝置的應用較為先進、理想。此類保護裝置的運行機制更加先進，電力電路組成結構更加強大，能夠為觸電信號的區分提供可靠度較高的判斷方式，從理論層面出發，此類保護設施能夠有效規避以上幾種類型保護裝置的死區。但是，此類保護裝置依舊處于研究與功能開發階段，缺乏大量的實踐應用結果，尚未進入正式投產與運行階段。

對上述代表性流量保護裝置進行性能比較，比較情況如表1所示。

表1 常規剩余流量保護裝置性能對比

4 電流動作型剩余電流保護裝置

低壓配電系統中，電流動作型剩余電流保護裝置主要是指零序電流互感器型剩余電流保護裝置。考慮到次轉至能夠對漏電故障進行保護，所以，當前低壓配電系統中剩余電流保護裝置以此類裝置的動作機制為基本原理。低壓配電系統剩余電流保護裝置結構及原理如圖1所示。

觀察圖1可以得出:零序電流互感器是TA；主開關是QF；主開關分勵脫扣器線圈是TL；試驗元件是 T；限流電阻是R；iL1、iL2、iL3、iN代表相線的電流。

圖1 電流型剩余電流保護裝置工作結構

5 低壓配電系統電流保護裝置安裝位置與參數配置

5.1 主剩余電流保護

結合上述對流量保護裝置的分析，為避免電力用戶側在用電過程中出現剩余電流保護設備誤動、拒動、自行拆除故障所導致的保護盲區，除去0.4kV低壓配電系統二次側安裝相應保護裝置外，還需要在電路分支線路上的電源處進行以及剩余電流保護裝置的安裝，以此為電力用戶側提供后備保護支撐，當出現故障點時，快速進行切除，以防出現越級跳閘故障引發的大面積停電情況。

主剩余流量保護設施的安裝位置是低壓配電系統的二次側，保護動作的影響規模較大，由于干線產生觸電故障的幾率較低，所以在對其進行設備配置時，應主要考慮靈敏度與大容量，且電流保護裝置最好帶有延時功能，相應的電流工作參數必須超過正常情況下的泄露電流值。通常情況下，電力線路只要帶電，就會存在電流泄露的情況，但是會根據回路阻抗而定。結合低壓配電系統建設標準，電網絕緣導線對地絕緣電阻值應確保泄露電流小于供電電流的1/1000～1/3000。對剩余流量的整定值進行計算時，為保證平穩用電，應盡量限制在已給出的范圍之內，并將限制范圍當做剩余流量保護裝置的不動作電流值。

5.2 分支剩余電流保護

將剩余電流保護裝置安裝在電網主干線路中的分支線中，能夠為電力用戶側提供后備保護作用，需要重點考慮的是:部分電力用戶側還沒有將剩余電流保護裝置進行安裝，且部分裝置存在年久失修、失靈拒動以及自行拆除的幾率，這些情況可能會導致電流保護盲區的出現，如果電力用戶側出現接地事故，而剩余電流值已經達到主剩余電流保護裝置的動作值，那么就會出現越級跳閘的情況。分支線路剩余電流保護裝置中電流值越低，設備的開關動作靈敏性就會越高。但是，這也會受到低壓配電系統正常漏電電流的限制與上級保護參數的配合。常規分支線路中的剩余電流保護裝置所提供的動作電流是主剩余電流保護整定電流值的0.4～0.5倍，設備延時動作的時間為0.5s。

5.3 負荷側剩余電流保護

根據國際電工委員會標準所提出的IEC4.79規定，基于電流通過人體時的效應可以得出:當50Hz電流小于30mA時，人體不會出現由心室纖維性顫動導致的死亡，且與人體自身的潮濕度、電壓值沒有直接影響關系。因此，應使用動作電流小于30mA的剩余電流保護裝置，即負荷側的保護裝置整定值為30mA，演示時間為0.1s。

6 結語

隨著我國建筑行業與電力網絡現代化建設進程的不斷加快，電氣工程在社會各個方面都具有重要作用，尤其是在0.4kV低壓配電系統的安裝與調試中，剩余電流保護裝置直接影響總體電氣系統的正常運行。0.4kV低壓配電系統對安裝與調試技術都提出較高要求。因此，針對配電系統的安裝與調試，應嚴格遵照《低壓配電設計規范》，以保證低壓配電系統的正常運行，為用戶提供安全可靠的用電環境。