区域选择性联锁提高供电系统可靠性研究

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区域选择性联锁提高供电系统可靠性研究
■杭州市城建设计研究院有限公司黄全顺
在低压配电系统中，为了确保上下级间配合的选择性，上级断路器通常配备带短延时的三段保护。

这样在发生短路短延时故障时，故障点上方的配电系统在短延时期间不可避免地将受到短路电流的冲击；另一方面，当下级回路短路电流超过上级断路器的瞬动整定值时，将使上下级断路器同时进入瞬动状态，从而可能发生无选择性的越级跳闸现象。

传统的保护模式无法解决上述问题，而区域选择性联锁技术既可以实现配合的完全选择性，又能够将短路电流对系统的影响降低到最摘要
区域选择性联锁作为一种新的保护方式，克服了传统配电系统保护中上下
级闸难以达到配合的选择性、短路电流对系统的冲击大等缺点。

在原有保护的
基础上，正确使用和配置区域选择性联锁，能够有效提高供电系统的可靠性，
提高电气设备的寿命。

低。

本文详细论述了区域选择性联锁
(Z SI)的工作原理，并以施耐德公司
的M as t er pact M T框架断路器为例，对
区域选择性联锁的应用进行了阐述。

1区域选择性联锁的工作原理
区域选择性联锁指辐射式电网中各
级断路器脱扣器之间通过通信或数据
交换实现选择性跳闸。

其工作原理见
图1。

图中三级配电网中，第二级F1、
F2、F3断路器和第一级M主断路器联
锁，第三级SFl、SF2和上级F1断路器
联锁(如图中虚线所示)，将M和F1
的瞬动保护关闭，三级断路器的延时
时间分别设置为0．4s，0．2S，0．1s。

当在A点发生故障时，SFl向自己
发出自锁定信号，SFl进入0．1s短延
时，同时SFl向F1发出等待命令，使
F1进入0．2s短延时，F1也检测到故障
电流，向M发出等待命令，使M进入
0．4s短延时。

故障最后由SFl切除。

当在B点发生故障时，F1检测到故
障电流，向M发出等待命令，M进入
0．4s短延时，同时由于F1未收到下级
发送的等待命令，F1短延时将不会启
动，F1瞬时脱扣切除故障，脱扣时间
完成Y20W5—828／1620瓷套式无间隙金属氧化物避雷器绝缘试验、G W口一”00／J4000—63型双柱垂直开启式户外交流隔离开关绝缘型式试验、JW口一1100(W)／J63户外交流接地开关试验、Z F口一”00(L)H5000—50气体绝缘金属封闭开关设备(G I S)试验、B R D L W一”00／2000—2油纸电容式变压器套管等特高压设备的试验工作。

由于正在建设的1000kV交流、5612008．7电力系统装备I
±800kV直流特高压输电示范工程
项目中使用的相关设备，尚未形成统
一的国际标准，为此，中国大容量试
验联盟(C H PT L)秘书处(设在西高
所)正在积极地对该类设备的试验方
法进行研究，并已向国际短路试验联
盟(ST L)秘书处申报ST L技术委员会
代表，取得了全部ST L导则，为指导实
验提供科学依。

特高压电器实验室全面建成后，
我国高压电器试验技术与检测能力
将达到国际领先水平。

西高所高压电
器实验室将成为世界上少数几个具备
交、直流特高压输电设备试验检测能
力的高压电器实验室之一。

I
作者简介：昊怀权(1940一)，
男，高级工程师，主要从事高压开关产
品设计、研制，以及行业和西安高压电
器研究所内的科技业务管理工作。

第一级
2s第二级
等待命令
第三级
1S
图1区域选择性联锁工作原理示意圉
第一级
第二级
第三级
图2区域选择性联锁的联锁区域示意图
仅为脱扣机械动作时间0．04s。

当在C点发生故障时。

+由于M未收到下级发送的等待命令，M断路器将瞬时脱扣，线路将不必再承受0．4s的短路能量冲击，仅需承受0．05s的脱扣机械动作时间。

由以上分析可以看出，采用区域选择性联锁的配电系统，既保证了上下级间的选择性，又大大缩短了系统承受短路故障电流的时间。

若第一级主断路器选用M ast er pact M T1200H1断路器，第二级选用C om pact N S400A断路器，第三级选用C o m pact N Sl60A断路器，则在不
裹1不同的故障点A．B．C产生的能量…故酱流黼嚣一脱t0ECl's3
厶盛矗蔗Joel』型
；积2000N S400A，坎0．8。

0．04
区域联锁
／2t‘，2躐少量
盎兰!堡b辽!吐
0．10未变
“：O．'拣”镯一80．0。

31．0087．5
同的故障点A、B、C产生的能量对比
见表1。

考虑到脱扣机械动作时间与
短延时相比较小，对无区域连锁的情
况，忽略脱扣机械动作时间。

可以看出，区域选择性联锁极大
地降低了短路电流对系统的热应力，
并且配电等级越高，减少热应力的效
果越明显。

短路电流对导体和电气设
备的热应力和机械应力的降低，大大
提高了电缆和电气设备的使用寿命。

2区域选择性联锁的工作特性
区域选择性联锁有以下几点工作
特性。

a．区域选择性联锁针对的是短路
短延时故障和接地故障。

也就是说，只
有故障电流大于短路短延时电流设置或
接地故障电流设置时，区域选择性联锁
才起作用。

原有配合系统的保护设置不
变。

区域选择性联锁只作用于联锁区域
内的故障电流。

联锁区域是指上级断路
器的下端子至下级断路器的上端子之间
的范围，如图2虚线框所示。

b．同一配电级别，有着共同上级
主断路器的保护设备都应该联锁。

如图2所示，F1、F2、F3在同一配电
级别，并有共同上级断路器M，所以
F1、F2、F3都应和M进行联锁。

如果
F1断路器未和主断路器M联锁，当在
B点发生故障时，M断路器由于未收
到F1发送的信号，M和F1都将瞬时脱
扣，从而使保护失去选择性。

c．同一配电级别，但不是同一上级
断路器的设备不必同时联锁。

图2中，
SFl、SF2、SF3断路器在同一配电级
别，SFl、SF2和F1联锁，SF3可以不
必和F3进行联锁。

因而可以根据实际用
电情况灵活配置联锁保护范围。

3断路器的自锁定
断路器的自锁定是指断路器给自己
一个等待信号，以确保短延时的存在。

自锁定主要应用在以下两种情况。

a．联锁断路器下方是一个或一组
未联锁的断路器，联锁断路器自锁定
以确保和下级断路器有选择性配合。

b．断路器下方接的是变压器或电
动机负载，需要自锁定以启动短延时
来避开励磁涌流。

4应用实例
施耐德公司的M as t er pact M T框架
式断路器提供了标准配置的区域选择性
联锁保护，其接线如图3所示，脱扣单
元实现区域选择性联锁的原理如下。

控制单元有5个端子Z1一Z5，Z1、
z2为信号输出端子，乃、Z4和Z5为信号
输入端子，其中Z4、Z5分别代表短路短
延时故障和接地故障。

每个控制单元的
3个输入端子Z3、Z48￡Z5(一般情况下
Z4与Z5联通)和下级断路器的输出端子
Z1、Z2相连。

当断路器B下方发生短路
故障，控制单元B检测到故障电流大于
短延时门限值时，马上短接自己的两个
输出端子Z1和Z2，上级断路器A发现自
己的输入端子Z3、Z4&Z5短路后，启动
0．3s短延时；同时B由于未收到下级断
路器发送的信号，将瞬时脱扣，切除故
障。

控制单元C和D中Z3直接向Z4&Z5发
送了自锁定信号，这样C和D的短延时就
I电力系统装备2008．7I 57
^
^
Z 1
Z 2A
延时0．3S
Z 3
Z 4
Z 5
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I
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Z 1
Z 2
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r Z1Z2Z1
Z 2C
D
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S
Z 3
Z 4
Z 5Z3
Z 4
Z 5
LTJ V V
V LTJ
LTJ
圈3
M T 断路器区域选择性联锁接线图
直接被激活了；当C 或D 检测到故障电流后，会按照预先设定的延时进行保护。

电源系统。

图4为两进线一母联配电系统的_种区域选择性联锁接线方式。

①、②闭合，分别向各自回路供电，母联断路器③断开。

在这种情况下，A 点故障时，⑤进入0．1s 延时，①、②
接收到等待信号，激活0．3s 短延时，
②进入短延时保护，而①由于主回路
未检测到短路电流，不会进入短延时保护，0．1s 后由⑤切除故障，①、②
保持合闸；B 点故障时，②未收到等待
信号，将瞬时脱扣切除故障。

当进线断路器①和母联断路器③
闭合，进线断路器②断开时，配电负
荷由一路电源单独供电。

在这种情况下，A 点故障时，⑤进入0．1s 延时，⑨
由于自锁定，进入0．2s 延时，①也接收到等待信号，进入O ．3s 延时，O ．1
S
后⑤切除故障，①、③保持合闸；B 点
故障时，③由于自锁定，将延时O ．2
S
脱扣，①收到③发出的等待信号，进
入O ．3s 延时，③切除故障后，①保持
合闸；C 点故障时，①未收到等待信
号，将瞬时脱扣切除故障。

I
作者简介：黄全顺(1
96
5一)，
区域选择性联锁同样可以用于多
正常工作情况下，进线断路器
男，主要从事建筑电气设计工作。

58
12008．7电力系统装备l
图4多电源系统的区域选择性联锁接线式示意图。