低压配电技术的新发展--级间选择性连锁.pdf

产品选用 与测试 低压配电技术的新发展 级间选择性连锁ZSI 王厚余 中国航空工业规划设计研究院100011 摘 要 低压配电系统中对于大的短路电流的传统保护方法采用断路器三段保护。由于这种选择性保 护的固有缺陷,无论从技术上或是从经济上者都是不合理的。随着智能化断路器发展,推出了一种新颖保护 技术 级间选择性连锁ZSI。介绍ZSI的原理和应用。 叙 词配电系统 短路电流 选择性保护 级间选择性连锁 中图分类号 TM 771 The New Development of Low Voltage Distribution Technology Zone Selective Interlocking ZSI WANG Houyu China Design and Research Institute of Aviation Industry Planning 100011 Abstract The tranditional protective for high short circuit current in the low distribution system is called as “three sections protection of circuit breakers”. Due to the fixed defect of this in the selective protection , it is not reasonable not only for technology but also for economy. With the wide applications of intelligent circuit breakers , a new kind of protective technology zone selective interlocking ZSI carried out. It is the ideal solution for low voltage distri2 bution system. The principle and application of ZSI were introduced. Key words distribution system short circuit current selective protection zone selective interlockingZSI 作者 王厚余,男,1925年生,1949年交通大学毕业,研究员。 1 概 述 众所周知,在低压配电系统设计中多年来一 直存在一个悬而未决的老难题,那就是当下级配 电回路发生大短路电流的短路故障时,即使其上 级保护装有带短延时的所谓三阶段保护断路器, 也往往无选择性地越级跳闸,造成大面积停电,有 时导致不应有的巨额经济损失。这是因为配电回 路阻抗小时,下级回路的短路电流超过上级断路 器的瞬动整定值,使瞬动保护越级动作而短延时 保护不起作用的缘故。由于技术上存在困难,国 际上也长期未能解决这一难题。我国国家标准 G B 50054295低电配电设计规范 不得不写出这 样的规定“第4.1.2条 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。 ” 这一规定实际是说要保证有选择 性动作是困难的。除非停电损失十分巨大的重要 负荷,对其他一般负荷在设计中可以放弃短路保 护的动作选择性,这是一条限于该规范1989年 报批当时技术水平的无奈的规定。 值得欣慰的是这一老大难问题现时国际上已 得到较好的解决,即采用级间选择性连锁技术 Z one Selective Interlocking ,ZSI。 2 保证选择性的落后方法 在未应用ZSI以前,对重要负荷是如何保证 选择性的呢据笔者所知,国内、 外的做法还不大 相同。国内的做法多是从电源变电所的低压配 电盘直接配电至末端用电设备。由于只有一级 配电,断路器层次减至最少,两级短路瞬动保护整 定值相差十分大,从而保证了上下级瞬动保护的 64 低压电器2002№1低压配电技术的新发展 级间选择性连锁ZSI 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 选择性。如此保证选择性的缺点是大大增加了配 电回路数,从而耗费大量电缆和配电设备,在经济 上是很不合理的。 国外保证选择性的做法是按正常要求采用多 级配电系统,但除末端断路器外,其上各级断路器 都只有过载长延时和短路延时保护而取消短路瞬 动保护。它靠短延时上下级的时间差来保证短路 保护动作的选择性。这一做法的系统结构可设计 得比较合理,但也带来另一个问题,即除末级断路 器外,其上各级断器即使在出口处发生短路,也不 能瞬时动作而只能延时动作。按上述G B 5004295 规范第4.2.2条规定发生短路时为满足热稳定 要求,流过短路电流的导体的载面S应满足 S≥ I K t 式中I、t、K分别为短路电流有效值、 短路电流作 用时间也即断路器动作时间和计算系数。如果 断路器延时动作,导体截面将按此式增大。越靠 近电源的断路器,其出口处短路电流越大,而延时 却越长,导体截面也越大,以至大到十分不合理的 地步,其结果是大量耗用有色金属和绝缘材料。 而断路器也需能承受长时间短路电流的热作用和 机械作用,这也必然增加断路器的制造成本。所 以国外这种全靠短延时来保证选择性的做法也是 难以令人满意的。 3 级间选择性连锁 由于电子信息技术的迅猛发展,20世纪80 年代后期国际上推出了所谓智能型断路器,它有 许多新功能,从而大大提高了断路器的性能,使配 电系统的设计更臻完善。其中之一就是ZSI ,它能 圆满地解决短路保护的级间选择性问题,其原理 可用图1来说明。 图1 ZSI动作原理图 图中,末端回路上的断路器CB4是带有长延 时和瞬动的一般断路器,CB3、CB2和CB1都是带 有长延时、 短延时和瞬动以及ZSI功能的智能型 断路器。采用ZSI时,要求在智能型断路器间敷 设一与主回路平列的信号回路,如图中虚线所示。 当末端回路上A点发生短路时,CB4瞬时动 作,这时CB3也检测出短路电流,它通过信号线给 CB2、CB1发出信号同理,CB2也给CB1发出同样 的信号 , 使CB2、CB1的瞬动元件被锁住而不动 作,同时CB3也给自己发出自锁信号,使自己的瞬 动元件不动作,以实现与CB4间的选择性动作。 因末端回路最易发生短路,所以CB3设置自锁以 保证与CB4的选择性是十分必要的。CB3还具有 0.1 s的延时动作,以作CB1的后备短路保护。当 B点短路时,情况相同,CB3仍给CB1、CB2发出连 锁信号,自己也自锁而延时0. 1 s动作。因延时 甚短,短路电流也小,对回路导体截面的热效应影 响不大。当C点短路时,CB2检测出短路电流,它 发出信号,使CB1不能瞬动而只剩0.5 s的延时动 作,而CB2本身未自锁,也未接到前级的连锁信 号,可瞬时动作,从而大大减小了被保护线路的截 面。当D点短路时,CB1未接收到前级发来的连 锁信号,它可立即瞬时动作,以减轻被保护导体承 受的短路热效应的冲击,不必增大导线截面。 可见,ZSI具有良好的满足配电系统选择性 要求的功能。该瞬动则瞬动,该延时则延时,既不 增加配电回路数,也不需放大导体截面。应该说, ZSI是现时国际上能满足配电系统选择性要求的 一项理想的新技术。 4 结 语 ZSI技术在国外中压和低压配电网络中已被 广泛应用。目前,我国一些厂商供应的低压智能 型断路器一般都带ZSI功能,但实际应用得很少。 有的单位化费不少投资采用了智能型断路器,但 只使用其瞬动、 短延时、 过载和接地故障的常规功 能,而将ZSI功能弃之一边,这无异于买椟还珠。 其实,只需沿主回路增加两根连锁信号线就可避 免因短路时越级跳闸而造成不应有的损失。 收稿日期2001210229 74 低压配电技术的新发展 级间选择性连锁ZSI低压电器2002№1 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.