从技术角度看,低压配电系统保护配合具有多种解决方案。不同区域保护配合类型的选择与系统及设计参数有极大的关联,并需全面平衡考虑。既要达到可靠性目标,还要考虑控制费用和风险在可接受的范围内。工程师的任务是,对于低压配电系统的不同区域,解决方案需最佳地兼顾技术和经济两方面。
考虑配电系统的保护配合时,追求系统最佳技术经济指标和减少因系统失常或故障引起的影响,是不可或缺的两个基本要求。
由此考虑,某一区域内不同保护装置和器件间保护配合应满足:
· 减少对无故障区域电力质量的影响。(如压降过大,电机转速波动)。
· 确保安全。
· 迅速识别并隔离故障区域,并保证无故障区域供电持续性。
· 故障区域内设备所受的冲击和损坏减到最低程度。
· 如果保护跳闸系统本身产生故障,应提供足够的后备保护。
· 向操作人员和监控系统提供全面必要的信息,使电力系统在最短时间内恢复运行,以最大限度减少对无故障区域的影响。
· 在可靠性、简便性、经济性之间求得最佳平衡点。
总之,一个完善的保护系统应该实现:
· 能够识别区域内可接受的异常情况和故障情况,检测事件发生的位置和时间,避免不必要跳闸引起系统的正常运行部分被不合理地中断。
· 尽可能快速限制损害(设备毁坏,缩短寿命等)以保证供电的连续性和稳定性。
优先考虑严格界定故障和优先考虑快速分断设备是一对互相矛盾的要求,解决方案是在两者之间折衷:
例如:当严格界定故障作为优先要求时,常采用间接保护系统,即通过采集和传输现场电气数据实现区域间联锁,控制跳闸范围;但是当快速分闸和设备损害作为先决条件时,需要直接保护系统,即由设备自身所带的保护脱扣器直接动作分断系统。低压配电系统中的一级和二级配电一般采用直接保护系统。
由于过电流发生 (过载或短路) 时的保护配合问题占了低压放射型电网保护配合问题的90%,我们有必要清楚以下几个概念:
· 过电流选择性
是指“两个或多个过电流保护装置动作特性的‘配合’。两个或多个过电流保护装置,对于一定范围内的过电流,只允许应动作的过电流保护装置动作,其他保护装置均不动作。” (IEC60947-1, 2.5.23)
· 完全选择性
完全选择性是一种过电流选择性。对于两个串联的过电流保护装置,在给定的过电流水平及以下,由负载侧的保护装置实现保护,但是不会引起其他保护装置动作。(IEC 60947-2, 2.17.2)
· 局部选择性
是一种过电流选择性。对于两个串联的过电流保护装置,在‘选择性电流极限Is’( IEC 60947-2, 2.17.4) 及以下,由负载侧的保护装置实现保护,但不引起其他保护装置动作。(IEC 60947-2, 2.17.3)
· “后备保护”
是两个串联的保护装置间的过电流配合,保护装置通常(并非一定)在电源侧;即使无其它保护装置协助,它也可完成过电流保护且不对另一保护装置产生过分损害。(IEC 60947-1,2.5.24)。
电源侧保护装置必然动作的最小电流值定义为 “交接电流 IB” (IEC 60947-1,2.5.25 和 IEC 60947-2,2.17.6)。交接电流也可称后备电流极限。
过电流保护配合的类型
额定电流/短路电流和保护配合类型互相关系
就采用过流脱扣器方式的保护装置而言,保护配合的选用很大程度上取决于配电系统中某点的电流额定值(In)和短路电流(Ik)确定的相对位置。各种不同的保护配合大致适应范围。
- 电流选择性
- 时间-电流选择性
- 区域选择性(逻辑选择性)
- 能量选择性
- 选择性后备保护
- 后备保护
时间-电流选择性
时间-电流选择性由电流选择性发展而来。
在此类配合中,保护装置的动作既取决于电流也取决于电流持续时间。持续一定时间的某电流值使保护装置动作,但“邻近”故障的保护装置不会动作,从而把故障区域隔离。
所以,这种保护配合采用提高电流设定门限和并随对主电源靠近程度增加脱扣延时时间(此值与配电层次有关)的方法。串联保护装置延时级差要考虑故障检测和切断时间的总和,也要考虑电源侧允许承受的过载能力(可承受短暂故障的运行时间)。和电流选择性研究类似,可从比较保护装置的时间-电流曲线评估选择性。
一般而言,此类配合的优点是:
· 容易评估选择性,保护系统总体经济性好。
· 满足选择性极限取决于电源侧断路器能承受的短路电流。(此值一般很高)
· 可提供冗余保护功能,并可给控制系统提供重要信息。
电流选择性
这种类型的选择性基于如下事实,即故障发生点离电源侧愈近,短路电流愈高,在这种情况下有可能借助直接设定保护门限即可隔离故障发生区域,因为其下级配电装置保护区域内的故障电流一般低于在其电源侧设定的保护门限。
但通常只在特殊情况下才能实现完全选择性,例如;故障电流不高或低于装置额定电流;在两级保护之有高阻抗器件(变压器、很长电缆或电缆截面变小等);因此很容易识别相差甚异的短路电流。
这种配合类型首先被应用于终端配电中(低额定电流和短路电流,高阻抗电缆等)。在探讨其选择性时,一般用装置的时间-电流曲线就能够即刻、方便、经济地评估选择性。
须注意的是:
· 因选择性电流极限通常较低,通常只有局部选择性。
· 若设定较高的选择性电流极限,则往往超过系统安全容许的限度,与减少短路损害的目标产生矛盾。
· 在某装置发生自身故障时,不能提供冗余保护来切断过电流。
区域选择性
区域选择性由时间-电流选择性发展而来。
区域选择性有直接保护型和间接保护型。通过在电流测量装置间建立对话功能,一旦检测到电流超过设定门限,故障区域立即被识别且仅切断故障区域的供电。
实际上可有两种实现方法:
· 测量装置向监控系统发送电流超过设定门限的信息,由系统决定应由那个保护装置动作。(间接保护型)
· 当电流高于保护装置保护设定门限时,通过直接连线或总线对其上级保护装置发送闭锁信号。同时,断路器脱扣动作的前提是其负载侧保护装置未发出类似闭锁信号。因此只有故障点最直接电源侧的保护装置才会动作。(直接保护型)