0.4kV低壓配電系統(tǒng)安裝位置的選擇與剩余電流參數(shù)調(diào)整研究

魏保壇

(廣州協(xié)晟電力安裝有限公司，廣東 廣州 510000)

1 引言

低壓配電系統(tǒng)中，應(yīng)用時間最長的電力系統(tǒng)保護(hù)裝置是電流動作型剩余流量保護(hù)裝置，也是對低壓電網(wǎng)漏電故障進(jìn)行有效管理的重要保障方法。隨著計算機(jī)數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展與電流理論研究的逐步深入，在低壓配電系統(tǒng)剩余流量保護(hù)范疇中，諸多新技術(shù)得以運(yùn)用。目前，低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的是脈沖動作技術(shù)，且創(chuàng)新型技術(shù)已經(jīng)在電流保護(hù)領(lǐng)域起到實(shí)效作用。本文旨在通過研究當(dāng)前低壓配電技術(shù)的現(xiàn)狀，判斷各類型剩余電流保護(hù)裝置的正確性，分析會對剩余電流保護(hù)裝置產(chǎn)生影響的參數(shù)因素，并結(jié)合上述內(nèi)容，提出針對0.4kV低壓配電裝置系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整的有效方案。

2 剩余電流保護(hù)裝置應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前低壓配電系統(tǒng)中，主要應(yīng)用的剩余電流保護(hù)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(hù)裝置類型的實(shí)效作用，需要明晰各類型裝置的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。0.4kV低壓配電系統(tǒng)中電流動作型剩余電流保護(hù)裝置屬于觸電保護(hù)機(jī)制，是繼電壓動作型保護(hù)裝置的后續(xù)應(yīng)用，應(yīng)用規(guī)模較廣，安裝位置主要從整體供電系統(tǒng)中的低壓配電出線處、接地線處、大/小分支處以及末端處進(jìn)行選擇，能夠向全電網(wǎng)系統(tǒng)提供總保護(hù)、分支保護(hù)以及末端保護(hù)，同時，此類保護(hù)裝置不僅能夠設(shè)置為單級保護(hù)，還能夠設(shè)置成分級保護(hù)模式；電流脈沖動作型與三相動作型剩余電流保護(hù)裝置同樣屬于近代創(chuàng)新型保護(hù)系統(tǒng)，建立在電流動作型保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上，并根據(jù)原本的保護(hù)裝置系統(tǒng)衍生、升級出的保護(hù)類型，其主要對電力線路剩余電流與人體觸電電流產(chǎn)生區(qū)分作用。上述幾種類型的電流保護(hù)裝置都受到電路集成化高的影響，會在安裝與應(yīng)用過程中產(chǎn)生較大成本，且存在裝置誤動與拒動的情況，這幾個缺點(diǎn)導(dǎo)致以上類型的剩余電流保護(hù)裝置沒有得到大范圍的使用。而電流分離動作型電流保護(hù)裝置不同于上述三種類型的應(yīng)用特征，其屬于電流動作型剩余電流保護(hù)裝置的特殊化形式，這一形式使其保護(hù)機(jī)制能夠有效規(guī)避常規(guī)剩余電流保護(hù)裝置存在的誤動與拒動故障。但是其缺點(diǎn)在于:算法成熟度較低，對系統(tǒng)硬件方面有較高要求，當(dāng)前對于此技術(shù)的應(yīng)用主要處于研究階段，距離大規(guī)模投產(chǎn)還有一定距離。隨著相關(guān)技術(shù)的逐步完善，會進(jìn)一步推進(jìn)電流分離技術(shù)的發(fā)展，這為此類電流保護(hù)裝置提供可觀前景。

3 各類剩余電流保護(hù)裝置特征分析

3.1 電流動作型剩余電流保護(hù)裝置

此類裝置在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢在于:動作機(jī)制相對簡潔、清晰，安裝過程便捷；但當(dāng)三相剩余電流出現(xiàn)不平衡狀態(tài)時，會出現(xiàn)過靈敏動作區(qū)與不靈敏動作區(qū)，無法對人體觸電電流與線路中的剩余電流進(jìn)行有效區(qū)分，這一特征也降低了觸電保護(hù)設(shè)備的正確投運(yùn)率。近年來，在0.4kV低壓配電系統(tǒng)中，此類設(shè)備的使用率依然較高。結(jié)合較長周期的應(yīng)用可知，當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)存在波動或剩余電流時，此類裝置不具備良好的穩(wěn)定性，出現(xiàn)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(hù)裝置

此類型電流保護(hù)裝置與簡易版電流動作型剩余電流保護(hù)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(jìn)行放大、整流以及濾波，完成直流量電流的轉(zhuǎn)換。這一類型保護(hù)設(shè)備的關(guān)鍵性技術(shù)是:利用微分電機(jī)，將突變的電流信號進(jìn)行提取，當(dāng)信號達(dá)到預(yù)期值時，將其輸送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)而出現(xiàn)分段保護(hù)動作。此類型保護(hù)裝置的主要應(yīng)用優(yōu)勢在于:首先，能夠?qū)⑹Ｓ嚯娏餍盘柵c電網(wǎng)中的剩余電流進(jìn)行區(qū)分，判斷出真正出現(xiàn)漏電現(xiàn)象的電流信號，并對其提供保護(hù)，保證電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行；其次，從測控電路結(jié)構(gòu)中通常會采用集成電路，此類保護(hù)裝備的應(yīng)用能夠發(fā)揮出高效、精準(zhǔn)度高、結(jié)構(gòu)緊湊、電路功能強(qiáng)的優(yōu)勢特征。而此類設(shè)備的劣勢在于:當(dāng)突變不平衡電流達(dá)到較高數(shù)值時，有一定幾率出現(xiàn)保護(hù)裝置誤動的情況；此類保護(hù)裝置測控成本較高，且電路環(huán)節(jié)較多。

3.3 電流鑒幅鑒相動作型剩余電流保護(hù)裝置

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

3.4 電流分離動作型剩余電流保護(hù)裝置

分離動作型剩余電流保護(hù)裝置的應(yīng)用較為先進(jìn)、理想。此類保護(hù)裝置的運(yùn)行機(jī)制更加先進(jìn)，電力電路組成結(jié)構(gòu)更加強(qiáng)大，能夠?yàn)橛|電信號的區(qū)分提供可靠度較高的判斷方式，從理論層面出發(fā)，此類保護(hù)設(shè)施能夠有效規(guī)避以上幾種類型保護(hù)裝置的死區(qū)。但是，此類保護(hù)裝置依舊處于研究與功能開發(fā)階段，缺乏大量的實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果，尚未進(jìn)入正式投產(chǎn)與運(yùn)行階段。

對上述代表性流量保護(hù)裝置進(jìn)行性能比較，比較情況如表1所示。

表1 常規(guī)剩余流量保護(hù)裝置性能對比

4 電流動作型剩余電流保護(hù)裝置

低壓配電系統(tǒng)中，電流動作型剩余電流保護(hù)裝置主要是指零序電流互感器型剩余電流保護(hù)裝置。考慮到次轉(zhuǎn)至能夠?qū)β╇姽收线M(jìn)行保護(hù)，所以，當(dāng)前低壓配電系統(tǒng)中剩余電流保護(hù)裝置以此類裝置的動作機(jī)制為基本原理。低壓配電系統(tǒng)剩余電流保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)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(guān)是QF；主開關(guān)分勵脫扣器線圈是TL；試驗(yàn)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(hù)裝置工作結(jié)構(gòu)

5 低壓配電系統(tǒng)電流保護(hù)裝置安裝位置與參數(shù)配置

5.1 主剩余電流保護(hù)

結(jié)合上述對流量保護(hù)裝置的分析，為避免電力用戶側(cè)在用電過程中出現(xiàn)剩余電流保護(hù)設(shè)備誤動、拒動、自行拆除故障所導(dǎo)致的保護(hù)盲區(qū)，除去0.4kV低壓配電系統(tǒng)二次側(cè)安裝相應(yīng)保護(hù)裝置外，還需要在電路分支線路上的電源處進(jìn)行以及剩余電流保護(hù)裝置的安裝，以此為電力用戶側(cè)提供后備保護(hù)支撐，當(dāng)出現(xiàn)故障點(diǎn)時，快速進(jìn)行切除，以防出現(xiàn)越級跳閘故障引發(fā)的大面積停電情況。

主剩余流量保護(hù)設(shè)施的安裝位置是低壓配電系統(tǒng)的二次側(cè)，保護(hù)動作的影響規(guī)模較大，由于干線產(chǎn)生觸電故障的幾率較低，所以在對其進(jìn)行設(shè)備配置時，應(yīng)主要考慮靈敏度與大容量，且電流保護(hù)裝置最好帶有延時功能，相應(yīng)的電流工作參數(shù)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(jù)回路阻抗而定。結(jié)合低壓配電系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，電網(wǎng)絕緣導(dǎo)線對地絕緣電阻值應(yīng)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(jìn)行計算時，為保證平穩(wěn)用電，應(yīng)盡量限制在已給出的范圍之內(nèi)，并將限制范圍當(dāng)做剩余流量保護(hù)裝置的不動作電流值。

5.2 分支剩余電流保護(hù)

將剩余電流保護(hù)裝置安裝在電網(wǎng)主干線路中的分支線中，能夠?yàn)殡娏τ脩魝?cè)提供后備保護(hù)作用，需要重點(diǎn)考慮的是:部分電力用戶側(cè)還沒有將剩余電流保護(hù)裝置進(jìn)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(dǎo)致電流保護(hù)盲區(qū)的出現(xiàn)，如果電力用戶側(cè)出現(xiàn)接地事故，而剩余電流值已經(jīng)達(dá)到主剩余電流保護(hù)裝置的動作值，那么就會出現(xiàn)越級跳閘的情況。分支線路剩余電流保護(hù)裝置中電流值越低，設(shè)備的開關(guān)動作靈敏性就會越高。但是，這也會受到低壓配電系統(tǒng)正常漏電電流的限制與上級保護(hù)參數(shù)的配合。常規(guī)分支線路中的剩余電流保護(hù)裝置所提供的動作電流是主剩余電流保護(hù)整定電流值的0.4～0.5倍，設(shè)備延時動作的時間為0.5s。

5.3 負(fù)荷側(cè)剩余電流保護(hù)

根據(jù)國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)所提出的IEC4.79規(guī)定，基于電流通過人體時的效應(yīng)可以得出:當(dāng)50Hz電流小于30mA時，人體不會出現(xiàn)由心室纖維性顫動導(dǎo)致的死亡，且與人體自身的潮濕度、電壓值沒有直接影響關(guān)系。因此，應(yīng)使用動作電流小于30mA的剩余電流保護(hù)裝置，即負(fù)荷側(cè)的保護(hù)裝置整定值為30mA，演示時間為0.1s。

6 結(jié)語

隨著我國建筑行業(yè)與電力網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)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(tǒng)的安裝與調(diào)試中，剩余電流保護(hù)裝置直接影響總體電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。0.4kV低壓配電系統(tǒng)對安裝與調(diào)試技術(shù)都提出較高要求。因此，針對配電系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，應(yīng)嚴(yán)格遵照《低壓配電設(shè)計規(guī)范》，以保證低壓配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為用戶提供安全可靠的用電環(huán)境。