区域选择性联锁原理及应用-改

区域选择性联锁原理及应用

选择性是供配电系统继电保护的一项最基本要求。具体含义是指系统发生故障时，能在最小范围内将故障部分从系统中切除，从而最大限度地保证非故障部分继续供电。为保证上下级断路器间的选择性，通常采用阶梯法则，即通过上下级脱扣器动作电流差值和动作时间差的阶梯配合来实现。

如果配电系统层次较少(1～2级)，各级保护定值差距很大，则选择性是有保证的。若级数较多(3级或以上)，为保证选择性，一般除最末端断路器可配置瞬动特性外，其它各级需取消瞬时保护而仅设置短延时保护和过载保护，且主要通过时间差配合来实现。因此，越靠近电源侧，线路的供电可靠性要求越高，故障动作时间反而越长，短路带来的电动力和热效应破坏作用越大，显然与速动性的要求相悖。而且，级数越多，矛盾愈加突出。

采用区域选择联锁(ZSI)功能可较好地解决低压网络级间选择性的配合问题。

1、区域选择性联锁定义

所谓ZSI（Zone-Selection Interlocking）是指实现保护区域选择性的一种实用性技术，其功能是在保证上下级间选择性配合的前提下，实现保护以最短时限切除区域内故障，即在下级保护区域内的故障时，由下级保护迅速切除故障，同时闭锁上级保护，以实现级间选择性的配合。

2、区域选择性联锁工作原理

断路器采用智能化脱扣器或控制单元，当发生短路故障时，只有紧靠故障点的断路器处于瞬时保护状态，其他上级断路器处于定时保护状态，保证了断路器选择性动作。一般采用智能化脱扣器，用一根引导线把所有串联的保护装置连接起来。当检测到故障时，此引导线把每台断路器的定时指令传输给处于故障点直接上级的断路器。只有处于故障点直接上级的断路器接收不到定时指令时才瞬时脱扣，其工作原理如图 l所示。

3、区域选择性联锁技术措施

区域选择性联锁技术是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。如图2所示，该系统为三级配电网络，第二级断路器QF1、QF2、QF3和第一级主断路器QF联锁，第三级断路器QF4、QF5和上级断路器 QF1联锁，三级断路器的延时时间分别设置为 0.4S、0.2S、0.1S。

当A点发生故障时，QF4检测到故障电流，可瞬时动作，同时QF4向QF1发出等待命令，使QF1的瞬动元件锁定，并进0.2 S短延时，QF1也检测到故障电流，QF发出等待命令，使QF进入0.4短延时。

当B点发生故障时，QF1检测到故障电流，向QF发出等待命令，使QF的瞬动元件锁定，并进入0.4s短延时，同时由于QF1未收到下级发送的等待命令，QF1短延时将不会启动，QF1瞬时脱扣切除故障。

当C点发生故障时，由于QF未收到下级发送的等待命令，QF断路器将瞬时脱扣，线路将不再承受0.4 S的短路电流冲击。从而降低了短路电流对导体和电气设备的热应力和机械应力，提高了电缆和电气设备的使用寿命。

4、通用型(经济型)断路器的实际解决方案

这里以TCL公司提供了标准配置的区域选择性联锁保护模块 (TIZS)技术方案为例。

TIZS是一个单元模块。通过附件过渡排连接，安装在通用型热电磁式框架断路器或热磁式塑壳断路器的后端，作为该断器的后端，作为该断路器的新增选择性功能模块。在使用TIZ时，热电磁式框架断路器或热磁式塑壳断路器的直接上级断路器必须使用带ZSI功能模块的智能控制器，并在直接上下级断路器之间敷设一与主回路并列的信号回路，其工作原理如图3所示。

图中：QF为带长延时、短延时和瞬动，以及控制器具有 ZSI功能的智能型断路器；QF1、QF2为带长延时和瞬动的一般断路器 (即通用型热电磁式的框架断路器或热磁式塑壳断路器 )；T1、T2为 TIZS模块，将T1、T2模块的逻辑控制出口并联与QF智能控制器的ZSI 功能模块入口相连；虚线表示TIZS模块和智能型断路器间敷设的信号回路。假设短路发生在QF1负载侧A处，T1检测到短路电流向QF发出闭锁命令，关闭QF的瞬动保护功能 (将QF锁定)，同时QF1的瞬动保护动作，切断故障电流。如QF1未能于50ms内切断故障电流，则解除对QF的逻辑封锁，由QF自身整定的保护功能实现保护如短路发生在QF、QF1之间的C，因QF未收到的闭锁命令，因此QF按原整定的保护功能实现保护。极端情况为当A点发生短路后，在QF的保护功能锁定期间 C点也发生短路，QF最多延时50 ms再启动保护功能，从而减小了被保护导体承受的短路热效应和机械效应的冲击。同理，QF2与 QF之间的ZSI联锁保护相同，从而实现了配电系统的多回路控制。

从上面的介绍中也可以看出，在低压多级配电系统中，不需要增加配电回路数，也不需要放大导体截面，只需较少的投入就可以轻易实现框架断路器与框架断路器、框架断路器与塑壳断路器之间的区域选择性联锁，完成配电系统中电源端和中间级配电的选择性保护与配合。因此，采用区域选择性联锁技术对提高电缆和电气设备寿，降低工程设备投资成本，提高供电可靠性具有极其重要的意义。

5、实际产品介绍

（1）TCL低压电气（无锡）有限公司的TIZS

产品图如下：

图4 TIZS区域选择性连锁

该产品TIZS区域选择性连锁额定绝缘电压800V，适用于额定工作电压AC400V，额定频率50Hz,额定工作电流至800A的供电系统中，满足配电系统选择性要求。其特点有以下几点：

●TCL工业电器自主研发设计；

●填补了区域选择性连锁领域的国内空白；

●获得了发明和外观等多项国家专利；

●实现区域选择性连锁功能；

●缩小事故范围，减少故障损失；

●保证无故障支路的连续供电；

●分断快，实现上下级之间断路器的完全选择性；

●提高供电网络的可靠性；

●可单装，亦可作增选，组配灵活。

（2）施耐德电气

M asterpact MT系列低压空气断路器产品图如下：

图5 施耐德Masterpact MT

该产品优势在于十四种Micrologic控制单元可以提供完备的保护，并方便用户维护与监控，多样的可选附件可以满足使用要求的变化，模块化的组件可随时在现场完成组装。气五大市场包括工业、能源及基础设施、公商建、民用住宅、数据中心。适用于低压配电领域内的配电线路和设备的保护与控制，各型号应用如下：

●N1 - 标准型，适用于分断低等级的短路电流

●N2 - 适用于一般的短路电流

●H1 - 适用于分断工业环境的高等级短路电流

●H1b - 适用于分断能力要求高的工业场合

●H2 - 高性能型，适用于可能产生非常高的短路电流的重工业领域

●H3 - 两台变压器并联运行的电气系统中

●L1 - 具有高限流能力，用以保护馈电单元或当变压器额定功率提高时提高开关柜的性

能水平

相关性能描述：

●N1：电流等级630A至1600A，分断能力50KA

●N2：电流等级800A至2500A，分断能力50KA

●H1：电流等级800A至6300A，分断能力65KA

●H1b：电流等级800A至4000A，分断能力85kA

●H2：电流等级800A至6300A，分断能力100KA

●H3：电流等级800A至4000A，分断能力150KA

●L1：电流等级800A至2000A，分断能力150KA

CompactNSX塑壳断路器产品图如下：

图6 CompactNSX塑壳断路器