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低压配电系统中短路故障保护的方法

时间：2022-06-09 10:13 所属分类：理工论文 点击次数：

　　摘要：本文简要阐述了低压配电系统与短路故障的主要特点，从交流配电系统的故障保护、直流配电系统的故障保护、交直流混合型配电系统的故障保护三个方面深入分析低压配电系统短路故障的保护方法，保障社会经济的可持续发展，通过调整可以给用户提供更优质的服务。

　　关键词：低压配电系统;故障保护;短路故障

　　前言：在配电系统当中低压配电系统是其非常重要的组成部分，是否正确选择能够对整个系统的安全性与可靠性造成直接影响。二十世纪九十年代，中国修订与制定了关于电气技术的标准和规范，和IEC的标准基本上相同。不过，由于当前建筑电气的施工与设计当中仍然存在电流保护器出现接线错误、接地形式混乱等问题，时常发生电气事故。

　　一、低压配电系统与短路故障的主要特点

　　(一)配电系统的特点

　　配电线路是由多种电线所组成，通常自身的结构特点为网状，同时按照各个组成部分地理位置的不同区分出不同的结构，具体按照各组成的不同方位、电源具体方位、电压设置的大小等。常见的组成结构分为手拉手环状和辐射式两种。针对辐射式而言，它的主要特点包括便于维修保护、结构简单、构成简便。缺点就是因为它的供电方式为单电源，所以系统并不安全，整体稳定性比较差。手拉手式的环状结构相较于辐射式，主要是增加了一个备用电源，从整体上提升了运行能力[1]。通常状态下，断开开关，供电方式采用开环;发生突发情况时，切断电力的情况下，闭合开关，另一端可以继续发挥其供电作用，这种方式具有稳定性和安全性。

　　(二)配电系统中发生短路故障的特点

　　电力系统在供电运行时，经常会发生故障问题，短路故障算是比较常见的一种故障问题。通常发生的情况为两相之间的短路、单相接地短路等。具体产生故障的影响因素包括：

　　1.组成部件本身发生损坏

　　组成配电线路涵盖线路中的绝缘体和零部件，如果长期暴露在空气当中，会因为自然侵蚀和天气变化等自然因素被损坏。通常情况下，会因为工作人员缺乏责任心导致原件的组成和安装不符合规定，忽视了定期的维护工作等，导致设备在整体运行上发生磨损，出现短路现象。

　　2.外界因素

　　因为配电线路的特征，必须要在自然界中长时间磨损，经历风霜雨打，非常容易发生危险，人们在日常生活中经常见到电线断裂、电线杆倾倒等其他危险;部分工作人员没有根据规定操作等。这些违规操作都会发生线路短路，严重威胁着人们的生命安全。

　　二、低压配电系统中短路故障保护的具体方法

　　(一)交流配电系统的故障保护

　　在低压配电系统当中，选择性保护对其具有重要意义，它一定要有极高的可靠性，确保配电系统在发生短路故障的过程中，可以有效准确并且快速的切除故障，通常使用的方法包括：第一，电流选择性。它的实现主要是通过设定不同的电流动作值让上下级保护电器。如果配电系统发生故障，因为线路阻抗间的差异，让上下级具有不同的短路电流值，所以能够达到选择性保护。这种方式的优点包括成本较低、技术成熟、原理简单。第二，时间选择性。基于电流选择性提出了时间选择性，通过给上级断路器添加了一个可调或者固定的短路短延时系统，让其在发生短路故障的过程中，下级断路器的实际脱扣时间要小于上级断路器从而避免越级跳闸，满足全选择性的保护目的。这种方法使用了时间选择性和电流选择性充分结合的原理，让时间曲线和上下级具有保护装置的电流不出现重合与相交的情况，从理论上讲可以实现全选择性的保护。第三，虚拟时间的选择性。这种方式是在传统的选择性保护方法基础上进行改进，下级的支路当中运用限流型的断路器进而限制短路的电流幅值，让上级断路器中的脱扣器承受比较小的短路电流，它的动作时间随短路电流增大而变小。

　　(二)直流配电系统的故障保护

　　综合考虑直流配电系统的可靠性，它的拓扑结构要求简洁实用，涵盖环形、辐射型、两端型(多端型)。它与交流配电网相比，直流配电网所包括的故障特征为：第一，直流线路当中没有电抗，所以交流线路中的阻抗要远远大于直流线路阻抗，在系统当中两个相邻的直流断路器其保护范围内只有较小差别的短路电流。第二，在直流电路当中，其电流无法自然过零点，出现灭弧困难的情况，已经低压交流中成熟的灭弧技术不能直接应用到直流的配电网当中[2]。第三，发生故障时，直流配电系统当中的分布式电源和电力电子变流器都会向故障点输入电流，造成故障电流的快速上升，这也给直流配电系统的快速性保护装置和方法提出更高要求。

　　直流配电系统按照所保护区域能够分成两种：非单元式保护与单元式保护。非单元式保护缺少清晰的保护区域，假设保护装置达到设定的阈值时就开始动作，可以给邻近的线路提供一条天然的后备保护;电流变化率保护、微分欠压保护、距离保护、行波保护等都属于非单元式保护。而单元式保护具有一定的保护范围，保护动作产生的选择性主要取决于各端被保护区域的电量比较，不过在区外产生故障时，不保护动作。所以，这种保护方式不能给设备或者临近线路提供相应的后备保护，差动保护和电流保护都是单元式保护最常见的保护。

　　(三)交直流混合型配电系统的故障保护

　　随着交流配电网的发展逐渐趋于成熟，它的负载与交流电源还是当前低压配电网中重要的组成部分，尽管直流配电网在诸多方面都有较大优势，不过因为当前阶段变换器和直流断路器等一些技术水平的限制不能被大规模的应用到实际电网当中，所以直流配电系统不能将交流配电系统完全取代，建设交直流混合型配电网才是未来配电系统整体的发展趋势。

　　低压交直流混合型配电网的组成是由直流与交流配电系统混合而成，在该系统当中使用了经典的拓扑结构。它通过AC/DC双向换流器连接着交直流的母线，许多分布式电源经过功率变换器与直流母线相连接当做直流侧电源，系统能够提供许多形式的电能，针对交直流负载起到较好的兼容性。

　　低压交直流混合型配电系统涉及到交直流两侧所具有的混合配电系统，所以直流和交流所含有的不同短路特性让故障情况更加复杂，交直流两侧都会受另一方的影响。交直流型混合系统之间的相互作用能够分成两个部分：交流暂态侵入和直流暫态侵入，也就是说交流侧发生故障会影响到直流侧，直流侧发生故障会影响到交流侧。这种特殊性让故障保护实施的可行性遇到巨大挑战。通过分析低压交直流系统之间的故障特性，考虑直流系统和低压交流系统之间的保护方式，希望低压交直流型配电系统未来的保护技术能够越来越成熟。

　　结论：总而言之，随着中国电气事业的快速发展，不断完善了电力配电系统，同时帮助配电系统走向成熟，提高了主动保护的可靠性和灵敏度。电气单位要做好主动保护的工作，能够把直流故障所产生的影响力降到最低，最大程度的缩小破坏范围，减小对断路器造成的伤害。

　　参考文献：

　　[1]缪希仁，唐玲玲，庄胜斌，等.低压配电系统短路故障保护方法综述[J].电器与能效管理技术，2019(15)：21-29.

　　[2]张丽春，刘艳芬，张培铭，等.企业配电网电压跌落原因分析及控制策略[J].包钢科技，2019.45(02)：1-36.