低压配电系统短路故障保护方法综述

低压配电系统短路故障保护方法综述

低压配电网的可靠性与连续性对电力系统安全稳定运行起着至关重要的作用。随着分布式电源的应用与普及、电子产品等直流负荷在日常生活中的占比越来越高，低压配电网的短路特性及拓扑结构发生变化，且系统短路容量不断增大，短路故障产生的问题也愈发突出。短路故障一旦发生，因其导致的电压跌落及设备损坏不仅会影响用户的电能质量，甚至可能引起火灾等严重事故危及周围的人畜安全，同时也将危害电网运行安全。因此对低压配电系统采取有效的保护措施具有十分重要的意义。

标签：低压系统;短路故障保护;直流配电网;交直流混合配电网

引言：随着分布式电源与直流负载的大量接入，低压配电网的规模不断扩大，网络结构日益复杂化，低压配电系统对供电质量、供电连续性与可靠性提出了更高的要求。短路故障是低压配电系统最常见的故障类型之一，实现有效的短路故障保护是保障系统安全、稳定运行的关键。对此，在接下来的文章中，将针对低压配电系统短路故障保护方法进行详细分析，希望能给相关人士提供重要的参考价值。

1. 低压直流配电系统故障保护

1.1低压直流配电系统及其保护

考虑到低压直流配电网的可靠性，其拓扑结构力求简洁适用，主要包括辐射型、两端型（多端型）和环型。低压直流配电网经换流器与交流配电网连接，同时各类分布式电源通过变换器接入直流系统，为直流负载提供电能。低压直流配电网的保护是直流配电网推广应用必须解决的关键技术，但直流配电系统故障特征的复杂性给保护的速动性、选择性和可靠性带来挑战。相较于交流配电网，直流配电网的故障特征主要有以下3个特殊之处：（1）直流线路中没有电抗，因此其阻抗远小于交流线路的阻抗，系统中相邻两个直流断路器保护范围内的短路电流差别小，导致基于時间和电流整定值配合的传统三段式保护的选择性无法保证。（2）直流线路中的电流没有自然过零点，灭弧困难，成熟的低压交流灭弧技术无法直接运用到直流配电网中。（3）当故障发生时，直流配电系统中的电力电子变流器与分布式电源均会向故障点注入电流，导致故障电流迅速上升，给直流配电网的保护方法与保护装置的快速性提出了更高的要求。

1.2低压直流配电系统故障保护技术分类

第一，电流变化率保护。由于故障过程中电容电流的快速上升与衰减过程，故障检测装置难以通过电流幅值大小作为判断依据，因此实际应用中采用电流变化率di/dt作为保护动作的特征量。相关资料以直流电容放电电流变化率与故障位置的关系作为判据，提出一种适用于具有多级馈线的直流配电系统线路保护方案。该方案能与换流器保护形成配合，保证直流断路器动作具有选择性，快速有

效地切除故障线路。第二，微分欠压保护。微分欠压保护包括微分保护与低电压保护。微分欠压保护是依靠监测电压微分绝对值du/dt和电压幅值U实现的，在高压直流输电（HVDC）中作主保护，同时也作为行波保护的后备保护。微分保护主要是基于线路电压在采样时间间隔内差分方程的计算，但整定值会受到过渡电阻、故障位置和运行工况的影响。低压保护原理是当检测到直流线路上电压幅值低于设定的电压跌落值时保护动作，其电压跌落速度取决于电容放电的速率。低压保护的原理简单，但快速性较差，无法区分区内外故障，通常作为后备保护[1]。

2. 低压交流配电系统故障保护

2.1低压交流配电系统及其保护

低压交流配电系统的网络结构一般为多层级结构，其负载类型和故障类型多样。当系统中某一支路发生短路故障时，需要临近故障点的上级断路器自动跳闸，准确切断该故障支路的供电，且不影响上级和相邻支路的正常供电，这就依赖于各级保护设备之间的相互配合。由此可见，选择性保护对于低压配电系统的重要意义，其必须具有相当高的可靠性，保证在配电系统发生短路故障时，能够准确有效且迅速地切除故障，最大限度地控制停电范围。

2.2选择性保护技术分类

根据保护作用效果的不同，低压交流配电系统的选择性保护主要分为两类：第一类是在发生故障时，只有故障支路的保护装置动作，其他支路正常供电，选择性保护的动作特性曲线如图1所示，当i

图1.选择性保护的动作特性曲线：

结论：

简而言之，基于低压交流配电网的多层级结构对故障保护的选择性要求，本文对现有的选择性保护方法进行了分析与比较。传统的基于时间-电流选择性的方法无法适用于所有场合，难以实现可靠的选择性保护;新型保护方法具有更好的协调保护能力，其对算法及硬件的要求较高，但现阶段边缘计算在配用电系统泛在物联技术的应用，为全范围选择性协同保护技术提供了应用前景。

参考文献：

[1]蔡传庆，缪希仁，吴晓梅，等.选择性低压短路保护技术[J].电器与能效管理技术，2015（14）：1-6.

[2]巫锡华.短路电流预测的低压多层级选择性保护及分断技术[D].福州：福州大学，2016.