淺談框架斷路器極數與接地故障保護的關系

丁遠

【摘 ?要】本文以實際發生的接地保護異常動作案例作為切入點，就不同極數的斷路器與剩余電流型單相接地保護的關系進行探討，期望為軌道交通框架斷路器與密集母排單相接地保護在實踐應用中的配合使用提供有益的參考。

【關鍵詞】框架斷路器;密集母排;單相接地保護;關系

序言

框架斷路器是軌道交通400V供電系統中的重要核心設施，為供電系統的運行提供著必不可少的保障。而目前變電所內框架斷路器種類以及所設接地保護類型繁多，兩者之間的關系直接影響著供電系統的安全、可靠、平穩運行。因此筆者以框架斷路器與單相接地保護的關系為研究對象，并以實際中發生的保護誤動作故障為示例，就其兩者之間的關系做具體的探討研究。

1 ?框架斷路器與400V供電系統保護概述

框架斷路器又稱“萬能斷路器”，在工業、商業、基礎建設以及軌道交通行業中的應用廣泛，電壓等級為400V，額定電流由630A至6300A不等，一般多用于400V低壓供電系統的電源進線開關、母聯以及大容量負載饋出線。框架斷路器極數類型一般有三極、四極兩種，兩種類型的區別是三極斷路器只分斷三相相線連接，而四極斷路器分斷包括零線在內的四相母排連接，差異只存在于是否分斷零線。

在框架斷路器所屬低壓400V供電系統中，供電系統的保護均由系統內斷路器的保護脫扣器實現。框架斷路器作為400V供電系統的主要設備，在發生故障時需要及時切除故障線路并確保供電系統安全，其保護類型有長延時電流保護、速斷保護、瞬時電流保護（部分還有接地保護），框架斷路器的保護基本都是采用電子脫扣器以實現其保護的準確性、選擇性、可靠性。

2 ?400V供電系統接地保護異常動作案例分析

本文主要討論的是在TN-S供電系統中，框架斷路器極數的差異會對其所在的供電系統單相接地保護造成哪些影響，下面首先用一個實際案例切入：

蘇州軌道交通某站400V供電系統進線401、402斷路器因接地故障（Ig）跳閘，導致400V系統Ⅰ段、Ⅱ段母排同時失電。技術人員到達現場后立即對400V開關柜做了初步檢查，未發現柜內有短路現象發生，對所內斷路器的定值進行了核查，亦未發現異常情況。

隨后搶修人員對A端環控電控室配電柜斷路器狀態和定值進行了查看，發現I段進線斷路器故障跳閘、母聯斷路器分位、Ⅱ段進線斷路器合閘。搶修人員又對損壞的母排絕緣進行測量，發現C相對零、對地絕緣為0Ω，判斷該母排C相已經發生永久接地故障，故障是由高壓400V系統Ⅱ段電源引至環控電控室配電柜2#進線斷路器之間的密集母線發生相-零短路導致。

該故障只因一段電源下設備發生相-零短路故障卻同時影響了兩段電源的運行。針對該故障分析后，發現發生擴大故障區域故障的原因為：當相-零發生短路時，故障電流通過I段電源的零線回到I段變壓器同時亦通過二級配電房與II段電源零線連接處經由II段電源的零線回到相同的變壓器中性線接地點。因為一級配電房I段、II段電源進線斷路器均采用的剩余電流型接地保護，故障電流通過兩個通路回到中性線接地點，I段、II段電源進線均檢測到四相電流矢量和大于整定值，所以導致兩段進線斷路器均報接地故障且跳閘。此供電系統為故障電流提供了兩條回變壓器中性點的回路是擴大故障區域的根本原因。

上述故障就是因下級配電房斷路器極數的選擇導致擴大了故障范圍的典型案例，通過上述案例可以說明斷路器的極數選擇與接地保護功能的穩定運行之間有很大的關系。

3 ?低壓環控電控系統饋線典型故障電流分析

典型分析前提為：高壓400V一級配電房采用的是雙電源供電方式，供電系統形式為TN-S，分別從變壓器中性線接地點引出地線（PE線）與零線（N線），兩臺變壓器電源引自不同的供電線路共用中性線接地點，一級配電房進線與母聯處均安裝為四極斷路器且設置有接地保護。環控饋出框架斷路器采用了三極框架斷路器且未設置接地保護，在二級配電房母聯處I段電源與II段電源的零線直接進行了連接。

3.1 ?相線接零：

當相-零發生短路時，故障電流通過I段電源的零線回到I段變壓器同時亦通過二級配電房與II段電源零線連接處經由II段電源的零線回到相同的變壓器中性線接地點，電流通道分別為正常故障電流通道與流經地網的第2通道（見下圖）。

3.2 ?相線接地：

當I段電源饋出線路發生接地故障，I段電源的接地故障電流不僅通過I段的接地系統回流至1號變壓器的中性點，同樣會通過接地網之間的連接通過PE線再流經I段電源與II段電源相互連接的零排流回1號變壓器中性點，此時就存在兩個故障電流回路，I段電源進線斷路器與II段電源進線斷路器分別會檢測到相應故障電流的存在，當流經非故障段零線的電流超過接地保護整定值時，II段進線斷路器的接地保護亦會動作，造成兩路電源同時失電的情況發生。

綜上所述，當饋出電纜或者母排線路發生接地或接零故障時，因下級配電房配備的為3極斷路器，所以故障電流通過下級配電房零線母排連接處還會存在第二條故障電流通路，主要流過的斷路器有一級400V系統的進線斷路器與相應饋出斷路器，且根據實際情況分析，在饋線絕緣下降后，相間短路故障、接地故障與接零故障很可能一起發生，所以必須在環控饋出斷路器處設置接地保護或者將下級配電系統設計為4極斷路器方可保證避免兩段進線斷路器同時保護動作的情況，縮小故障的影響范圍。

4 結語

通過上文可以明確在TN-S系統中，為避免下級配電故障越級或跨段跳閘，必須在供電系統饋線處采用零序電流型或者剩余電流型接地保護對下級線路、負載進行接地故障保護，零序電流保護經濟性較好，而剩余電流型接地故障保護可靠性較高。若采用剩余電流型接地保護對下級線路、負載進行接地故障保護，那么下級建議配合4極框架短路器確保零線分開來實現其功能，否則無法滿足該供電系統接地保護的選擇性與可靠性。

參考文獻：

[1]任元會. 工業與民用配電設計手冊 第三版