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1、低压开关选择性配合面临的问题与思考2010-07-14 11:28:56|分类：建筑电气|标签：|字号大中小订阅低压配电系统中配电开关的选择性保护配合方案是保障负荷电源可靠性措施之一，并被社会广泛采 用，同时生产厂商陆续推出了相应的产品供社会选择。通过工程跟踪与观察，发现一个典型案例：“大马拉 小车”的配电方案。交流380/220V末端动力设备用电计算负荷8kW(15A),保护开关脱扣定值20A，上级 保护开关脱扣定值50A，配电线路长度为85m，选用交联铜芯电缆5x10。从电缆长期工作电流允许值及线路电压损失角度分析，该用电设备选用5x4规格交联铜芯电缆 即可满足正常用电要求，从电缆经济电流
2、角度分析，则选用5x6,那么5x10规格明显高出了需求。但是， 从上、下级开关保护选择性(能量选择)配合角度分析，5x10规格是合理的。总体而言，技术层面没有错误， 但经济性能较差，增加了工程造价。当前，选择性保护配合基本方案体现在以下形式：(1) 定时限选择性：上、下级短延时动作整定电流值之比1.31.5 倍,且上、下级延时时间为0.2s 以上;(2) 准延时选择性：当上下两级均为断路器级联时，两断路器之间具有一等效的短的时间差，此 时间差随预期短路电流减小而增大很多，它不是人为有意设置的延时时间;(3) 能量选择性：断路器设置能反映短路电流能量的脱扣器，而且下级断路器的额定电流小于上 级断
3、路器，启动下级断路器脱扣器所需的能量小于上级断路器所需值;(4) “自然的”选择性：将过载、时间及能量等选择性方式，通过试验规定了脱扣器间整定电流的比 值，组合构成了断路器的“自然的”选择性，如施耐德公司100430塑壳断路器;(5) 逻辑选择性：上、下级断路器之间设置逻辑联锁。上面可以看出，可供选择的设计方案较多，但是保证负荷电源可靠性的措施有多种形式，如放 射式供电、不间断电源(UPS)以及第三个独立交流电源等等，上、下级开关选择性保护配合只是其中的一 种形式。所以，设计方案必须追求良好的性价比效益。当前，滥用选择性保护配合技术的工程较多，仅拘泥于选择性保护配合以满足电源可靠性要求， 工程
4、资金浪费严重;二是选择性保护配合方案选用不当，同样带来了资金浪费问题。从宏观面分析，电源可靠性的保障措施很多，要结合工程实际情况、负荷电源要求以及配电系 统形式而定。其次，从微观面分析，低压开关选择性保护配合的解决方案同样涉及多个方面，以确定其必 要性和可行性。1 选择性保护配合的需求分析选择性保护配合的需求基于两点：负荷电源可靠性要求;维护管理需求。1.1 负荷电源可靠性要求低压配电设计规范(GB50054-95)第4.1.2条规定“配电线路采用的上下级保护电器，其动作 应具有选择性;各级之间应能协调配合。但对于非重要负荷的保护电器，可采用无选择性切断”。该规定的本质是防止故障范围扩大，保证
5、重要负荷电源可靠性不受“外界”影响。所谓的“外界”， 是指变电所低压馈出开关以下与本负荷或设备系统特定运行模式无关联的其它低压负荷、配电线路及开关 等。基于当前生产工艺、电气保护元件的发展水平因素，为解决上、下级开关选择性保护配合问题， 很有可能带来增加造价情况，如采用逻辑选择性、能量选择性等等。所以，有必要分析某配电系统是否采 用上、下级开关选择性保护配合方案，不要简单处理。选择性保护配合设置的必要性取决于负荷重要性、 配电形式、经济性、使用管理以及节能措施等方面，属于综合性研究课题。所以，准确把握设计规范的本质是必要的，是必须的，不拘泥于字面上的描述。1.2 维护管理需求对于某些用户而言，
6、属于非重要负荷性质的用电设备，出于维护管理的需要，提出上、下级开 关选择性保护配合的管理功能要求。国内部分城市的轨道交通管理公司中，供配电系统隶属两个相对独立的专业分公司，以变电所 低压开关柜开关下口为界，供电分公司负责变电所及以上部分的维护管理，低压配电系统则由机电分公司 负责维护管理。当低压配电系统出现越级跳闸时，需要启动两个专业分公司的调度工作程序，不利于故障 查找、及时恢复送电。即使供配电系统隶属同一公司维护管理，由于用电设备较为分散，可能远离变电所，同样出现 不利于故障查找、及时恢复送电的情况。维护管理需求并非一成不变，可以通过完善、高效的管理体制，降低不利于故障查找、及时恢 复送电
7、的影响程度，且不属于技术范畴。所以，在考虑用户需求条件下，如何做到降低工程造价，是工程 建设者应充分考虑的问题。2 选择性的分类选择性一般分为以下四种。(1) 绝对选择性：在任何情况下，不论是在最小短路电流还是在最大短路电流时，故障处的上一 级低压开关均能独自跳闸，切除故障。(2) 局部选择性：在达到规定的短路电流之前，故障处的上一级低压开关均能独自跳闸，超过规 定的短路电流值时，则故障处的上、下级开关均能跳闸。(3) 完全选择性：具有局部选择性的保护特性，但保护范围内的最大短路电流不会超过规定的短 路电流。(4) 无选择性：发生故障时，上、下级开关同时跳闸，彼此没有选择性。实际工程中，应用最
8、多的是绝对选择性，其次是局部选择性。3 选择性保护配合的应对措施通过上面的分析，在执行低压配电设计规范(GB50054-95)第4.1.2条规定时，要深入分析、 比选设计方案，并充分考虑经济性。满足负荷电源可靠性要求，可供选择的设计方案有多种，应结合实际 情况给予确定。3.1 选择性保护配合形式如何实施，已有很多文章给出了分析，因其不属于本文要谈的核心内容，因此不再赘述。3.2 适用性配电系统形式（1）放射式供电简化配电系统，减少配电级数，适当地采用放射式配电系统。负荷的电源直接取自变电所低压 开关柜，避免了链接式、树干式配电系统中两只配电箱之间电源的相互干扰问题。放射式配电系统中，末端配电箱
9、电源进线开关（断路器/熔断器）与变电所低压开关柜馈出开关（断 路器/熔断器）设置重复，其配电范围完全相同，区别在于保护范围不同。所以，末端配电箱电源进线开关应 选用负荷开关。当末端配电箱仅为单个设备提供一个或两个（自动切换）独立电源时，不存在单纯的进线开关，即 电源开关与配电箱馈出开关是同一单元，配电箱内的开关可选用负荷开关，不需要考虑上、下级选择性保 护配合问题，避免了“大马拉小车”浪费现象。当末端配电箱为多个设备提供电源时，要考虑配电箱内馈出开关（断路器/熔断器）与上级开关（断 路器/熔断器）选择性保护配合。（2）不间断电源（UPS）特别重要负荷的后备电源常采用不间断电源（UPS、EPS）
10、。对于同类功能或性质的设备组，可由 变电所低压开关柜直接提供电源。如通信、通风排烟、消防泵等系统，应单成相对独立的低压配电系统。由于UPS、EPS完全独立于市电下的低压配电系统，其设置已经考虑了外电源全部失掉后的后 果，故障越级跳闸只是其中一种失压工况，所以，即使是特别重要负荷，也要慎重对待选择性保护配合的 必要性。电源中断属于小概率事件，且因第三个独立电源的存在，可以不考虑选择性保护配合问题，技术 性能可以满足设备系统的用电需要，毕竟国家经济尚未发达，经济因素不能不重视。4 建议执行国家设计规范时，不能简单地对待上、下级选择性保护配合问题，应结合工程实际情况尝 试其它形式，以保障电源可靠性为目的。建议生产厂商从配电系统性价比角度出发，兼顾配电线路的成本因素，研制智能型开关，如具有电力线载波通信、逻辑判断选跳型断路器。参考文献1 汤玉生低压配电系统中配电开关的选择性保护配合的应用J南方建筑，2006（12）.2 冯宗恒低压配电系统过流保护的选择性和设备选择J.电气工稈应用，2003（04）.作者简介:杨兴山，高级工程师，注册电气工程师，现任北京城建设计研究总院副总工程师，中国交通运输协会城市轨道交通专业委员会中青年专家
低压开关选择性配合面临的问题与思考
