低压配电系统全选择性保护新理念——多层级短路故障选择性保护

文章出处：公司动态责任编辑：上海华灿电气有限公司发表时间：2023-04-28

　一、技术现状

　　过电流保护包括过载保护和短路故障保护。目前，对于过载保护，通过时间—电流的选择性保护方式可实现全选择性保护;而对于短路故障保护，则仍大部分停留在低层级的局部选择性保护，还未能真正地实现完全的全选择性保护。因此，选择性保护的难点在于短路故障的全范围选择性有效实现。

　　现有的选择性保护技术主要包括：电流选择性、时间选择性、能量选择性、逻辑选择性等，其技术特点如下：

　　电流选择性：通过设定上下级断路器过电流脱扣器不同的整定值来实现的。当故障电流等级低于选择性极限电流值(上下级断路器的保护特性的交点)时，上下级断路器间具有选择性;而当故障电流大于该门限值时，则上下级间就失去选择性。因此，目前这种保护方式不单独地用于短路故障保护，而主要用于过载长延时保护。

　　时间选择性：在电流选择性的基础上提出，通过为上级断路器增加短路短延时动作功能来达到选择性保护的目的。采用时间、电流选择性相结合的方法，在理论上能实现全选择性配合，但在短路短延时期间，系统的配电线路及设备需承受短路电流产生的电动力、热效应和电磁干扰。当配电层级较多时，逐级累加的延时时间过长，则由于短路导致的电压跌落会影响正常负荷的运行;同时过长的延时时间还可能导致局部过热及对设备造成损坏。因此，目前该方法主要用于低短路电流的保护。

　　能量选择性：基于下级断路器均具有能量脱扣器单元，且脱扣特性能灵敏地反映线路中短路能量的一种选择性保护;当两个断路器检测到大电流时，下级断路器快速限流，使上级断路器因能量限制不足以产生脱扣;因此，通过结合断路器的限流能力和能量脱扣技术使得上下级断路器在原先无选择性的短路瞬动保护区段，形成了事实上的选择性配合，因此其可用于大短路电流的保护。但这种方式的选择性范围具有一定的局限性，且难以实现准确的选择性保护。

　　逻辑选择性：其本质是一种优化的时间选择性，用于具有ZSI(区域选择性联锁)功能的智能型断路器，上下级断路器之间通过设置逻辑联锁，保证各级按顺序延时动作。当故障电流大于短路短延时整定时，采用该技术可以有效地避免盲目的延时，使断路器动作时间比单纯采用时间选择性方式有较大的缩短，减小了断路器及配电系统承受的短路电流产生的电动力、热效应和电磁干扰。但这种保护方式在应用方面仍存在一些缺陷，如长距离通信的可靠性问题等。

　　总体来说，现有的这几种选择性保护方式都以牺牲保护的快速性为代价来获取保护的选择性，侧重于上下级断路器间的交互作用，在实际实现上主要依赖于厂家通过实验得出的选择性配合表，尚未从低压配电系统全局的角度考虑保护的协调性与选择性，忽略了系统动态参数对选择性保护的影响，缺乏系统(电源)、断路器、负载之间的有效交互，无法实现准确的全选择性保护。

　　二、关键技术问题

　　当前选择性保护技术的发展方向已不仅是局部选择性提升到全局选择性，而且需将系统的选择性保护范围从电源侧向终端侧延伸，需实现低压配电系统多层级协调基础上的选择性保护，为此，应重点围绕短路故障解决以下关键技术：

　　(1)通信技术有效且可靠地应用到低压配电系统的选择性保护;

　　(2)研究低压配电系统、断路器、负载之间的交互作用，为低压系统多层级断路器的实时协调的选择性保护提供技术支撑;

　　(3)在短路故障检测辨识及保护快速性基础上，实现低压配电系统全范围选择性协调保护。

因此，我们提出了低压系统多层级短路故障选择性保护技术，其系统架构如图1所示。