对改善低压备自投装置选择性保护的一些设想

摘　要：针对400v备自投开关切换至短路母线上时往往由于备自投装置的选择性问题导致进线开关跳闸进而使得低压系统全部失电，提出了保护整定配合和区域选择性联锁的解决方案，有效避免了因低压备自投误动导致的扩大性跳闸。

关键词：配电系统；备用电源自投；选择性保护；改善方法设想
引 言
　　目前运行的低压配电系统由于母线差动保护造成备自投装置无法判别是出线故障还是母线故障造成的母线失电。这样，在母线及其相连设备（如电压互感器、开关）故障造成母线短路时，备用电源自投装置动作，将备用电源自动投入，然而此时故障仍存在，会导致备用开关跳闸使事故范围扩大。
1、备用自投装置简介及要求
　　备用电源自投装置是电力系统中为提高供电可靠性而装设的自动装置，对提高多电源供电负荷的供电可靠性，保证连续供电有重要作用。当工作电源因故障或其他原因消失后，备自投装置迅速地将备用电源或其他正常工作电源投入工作。为确保装置能安全可靠工作，文献[1]规定备自投应符合下列要求：①保证备用电源在电压、工作回路断开后才投入备用回路；②工作回路上的电压，不论因何原因消失时，自动投入装置均应延时动作；③手动断开工作回路时，不起动自动投入装置；④保证自动投入装置只动作一次；⑤备用电源自动投入装置动作后，如投到故障上，必要时应使保护加速动作；⑥备用电源自动投入装置中，可设置工作电源的电流闭锁回路。
　　工程设计中，设计人员一般设计二次回路为当判明一段低压母线失压，且母线进线断路器确在断开位置时，自动投入母联断路器，用另一电源带起两段母线供电。而对规定五所提出的问题很少有人考虑，进而造成母联开关动作的无选择性。
2、解决方法
2.1 通过保护整定配合
　　逐级配合是保证上下级保护间的动作有选择性的基本前提，是“电网继电保护装置运行整定规程”的精髓所在。以前低压配电系统的保护电器以采用熔断器为主时，系统保护选择性的设计是比较容易的。随着配电系统的保护电器广泛采用了断路器，要满足保护选择性要求，靠有短路短延时保护的断路器。在这种情况下，兼顾到“选择性”、“快速性”、“灵敏性”的要求，全系统要实现选择性保护是困难的。设计人员往往仅重点考虑上下级间的低压保护整定，对母联开关与进线开关间的保护整定未作深究，也无人要求必须保证系统的选择性。因此，表现在配电系统设计图纸上保护选择性不合格就是自然的事了。
　　一般来说，在相应位置上的 预期短路电流值相差很大的条件下，可以利用瞬时脱扣器工作电流的分级实现选择性，电源侧断路器的动作电流整定值必须高于母联开关的最大瞬时整定值。但因母联开关与进线开关电气位置基本一致，预期短路电流值相差甚小，便只能借助短延时脱扣器延迟电源侧断路器的动作来满足选择性要求。即短延时脱扣器差的动作延迟应能保证下级断路器能分断短路电流。一般，短延时脱扣器的动作电流整定值最小等于下级断路器动作电流的1.25倍，文献[2]建议在实际工作中低压侧进线主开关采用0.5s的短延时，文献[3]对短路时间在0.1~5s的绝缘导体的热稳定校验做出如下规定：
                  S≥I/K    （1）
式中：S为绝缘导体的线芯截面（mm）；I为短路电流有效值（A）；t为已达到允许最高持续工作温度的导体内短路电流持续作用的时间（s）；K为不同绝缘的计算系数。由此可见，在热稳定满足要求的情况下可合适设定短路时间。
　　如三板溪水电厂的厂用进线开关与母联开关保护设置相同：
                I=0.95In,      T=6S
                I=4 In,        T=0.5S
                        I=6 In              （2）
式中：I为断路器长延时脱扣器整定电流；I为断路器短延时脱扣器整定电流；I为断路器长瞬时脱扣器整定电流；In为断路器额定电流；T为长延时设定时间；T为短延时设定时间。
　　这样会造成如上所述保护无选择性。因此，鉴于进线断路器与各出线的保护电器都装在低压配电柜内，距离不过一至几米，在此范围内发生短路和接地故障的机率很小，如果该断路器仍带瞬时过电流保护，则难以与各出线及母联开关保护协调动作，无法实现保护的选择性，是不可取的；但是，装设短延时保护作为过载保护用是可以的。因此，在计算导体热稳定满足要求的前提下，将进线开关速断保护取消，进线开关短延时保护设置如下：I=6In，T=0.5S；而母联开关同样取消速断保护，母联开关短延时保护装置设置如下：I=4In，T=0.25S，这样有效避免进线开关与母联开关及出线开关间保护选择性的问题，同时，保护的灵敏性得到了满足。
2.2 利用区域选择性联锁进行技术改造
　　区域选择性联锁（Zone Selective Interlocking，ZSI）技术的解决方案是在保护中增加一个判别故障区域的判据。系统发生短路故障时，检测到故障电流的保护会送一个ZSI闭锁信号给上级保护，同时检查是否收到下级保护上传的ZSI闭锁信号。如果保护未收到下级传来的闭锁信号，保护即判断该故障发生在本保护区域内，电流速断保护瞬时动作切除故障。若检测到有下级保护发来的ZSI闭锁信号，则电流速断保护会被闭锁但短延时的过电流保护会起动，作为下级断路器保护的后备保护。
3、结 语
　　对于低压配电系统进线开关与母联开关之间保护选择性的问题，可根据自身实际条件进行整改，如系新建厂站，可在自身经济条件满足的情况下选择带有ZSI功能的断路器，对开关具有调节式功能的已建厂站，在计算短路热稳定的情况下，改造自身保护定值，以实现低压进线开关与母联开关之间的选择性。
参考文献：
[1]GB 50062—1992电力装置的继电保护和自动装置设计规范[S].
[2]任元会,低压保护电器的选择与整定[J].电子产品维修与制作，2000（6）：31-43.
[3]GB 50054—1995低压配电设计规范[S].