低压配电系统短路故障保护方法分析

低压配电系统短路故障保护方法分析

杨晓

国网山东省电力公司广饶县供电公司

摘要：低压配电系统是电力系统的重要组成，及时排除低压配电系统的故障是保障电力系统稳定运行的关键。文章分析了低压配电系统短路故障及其保护方法。

关键词：低压配电系统；短路故障；故障保护

1. 引言

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。

二、低压配电系统短路故障

短路故障是低压配电系统最常见的故障。 发生短路的原因诸多，如果设备线路自身老化，就会习惯性地发生短路，这种短路故障只需稍加处理便能恢复电力。 有时相关位置的故障会造成连锁式反应，但不管哪种原因导致故障都应及时有效地处理，以免发生危险。 尤其是在负荷更替阶段， 极易发生线路跳闸故障。在空旷区域设置低压线路时会引发雷击，如果不能及时安装低压配电线避雷线或变压器避雷器等， 会导致电压线路频繁发生故障。 当前，许多电器设备的额定电流不高，因此短路电流极易高于电器额定电流，从而出现烧毁电器，甚至发生电器爆炸事故。 当然，如果低压配电装置所用的绝缘子质量较差，也会引发许多安全事故，如出现雷击时易导致线路出现接地故障。 所以，低值、零值绝缘子状况是导致其发生故障的主要因素。

三、低压配电系统故障危害性

1.危害人体

低压配电系统已经成为人们生活及生产中必不可少的内容，为人们生产及生活带来了极大便利，但也存在一些危害。 如果低压配电系统发生故障，易出现触电或火灾等事故，给人类生命、财产带来了一定危害。 如果低压配电系统发生漏电，则极易发生触电风险。一旦触电，电流强度通过人体会在短时间内危机其生命。 如果发生雷击故障而未能及时有效处理， 也会引发火灾。 火灾十分危险，不仅威胁人的生命，还会造成一定的财产损失。每年因漏电及雷击所致的人员伤亡及火灾事件数不胜数，因此要及时预防、发现和处理低压配电系统故障问题，以免造成不必要的损失。

2.危害低压配电系统装置

低压配电系统故障会给其整体配电系统带来一定危害。 在低压配电系统中，装置主要通过导线与电器设备连接而成，其每部分运行都非独立，相互间是一个统一的连接体。因每个电器设备均由导线相连，其电流也会彼此作用，相互影响。在此特点下，一旦低压配电系统中存在一处故障，其他部分势必将受到影响，从而破坏整个系统。在低压配电应用实践中，发生了多起因单个电器设备故障所致的整个低压配电系统瘫痪的事件， 造成了极大危害，且传播速度惊人，波及范围超广，通常难以修复，因此损失惨重，给人们的生产及生活带来了严重影响。

四、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。

五、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，导致基于时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。

六、低压交直流混合配电系统及其保护

交流配电网发展成熟， 且交流电源和负载仍是目前低压配电网的主要组成部分，直流配电网虽在许多方面具有较大优势，但其因受现阶段直流断路器、 变换器等技术水平的制约仍无法大规模应用到实际电网中， 因此直流配电网无法完全取代交流配电网，建设交直流混合配电网是未来配电系统的发展趋势。低压交直流混合配电系统是一个涉及交直流两侧的混合配电系统，因此交流与直流不同的短路特性使其故障情况复杂，交直流两侧均会受到另一方的影响。 交直流混合系统的相互作用主要可分为直流暂态侵入与交流暂态侵入两个部分， 即直流侧故障会对交流侧产生影响， 交流侧故障也同样会对直流侧产生影响。

综上所述，本文简要介绍了低压配电网中交流配电网、直流配电网以及交直流混合配电网的基本特征，对其故障保护方式进行了全面的梳理、归纳与讨论。 目前低压交直流混合配电网的运用前景良好，但交直流配电方式的耦合作用使其故障特征复杂，目前仍缺少可靠的故障保护技术。 本文对交直流之间的相互作用进行了归纳分析，并结合低压交流系统与直流系统的保护技术对其故障保护技术未来的发展方向进行探讨。

参考文献

[1]郝云武.低压配电系统的新型选择性保护技术探究[J].科学技术创新，2018，(10).

[2]俞国标.低压配电线路常见故障的防护策略研究[J].中外企业家，2018，(36).