長期從事建筑電氣及智能化設計研究工作，曾主持或設計過20余項大型或重大工程項目，主編及參編過10余項國家及地方標準規范，在各類核心期刊上發表論文近30篇，并有10余項成果獲上海市科技進步獎及全國優秀工程設計金獎、全國及上海市優秀工程設計獎、中國照明工程設計獎、上海市標準化優秀技術成果獎等。

 

　　低壓斷路器在低壓配電系統中占有重要地位，隨著供電系統的安全性和可靠性問題日益成為人們關注的焦點，如何合理地選擇、使用低壓斷路器一直是電氣設計人員關注的問題。

 

　　本期“對話精英”專訪華東建筑設計研究院有限公司副總工程師、全國建筑電氣設計情報網常務理事、上海市電氣工程設計研究會理事長邵民杰，就低壓斷路器選型和整定原則、低壓斷路器選擇性配合以及選擇性保護未來發展趨勢等問題談一下邵總的經驗和看法，定能對配電系統設計與選型工作有所促進。

 

　　關于低壓斷路器的選擇與整定原則

 

　　《低壓電器》在線：在低壓配電系統中對低壓斷路器的使用越來越廣泛，對低壓斷路器進行選型時，有哪些主要的原則是需要設計人員必須掌握的?包括斷路器的整定原則?

 

　　邵民杰：應當說供配電系統的安全性、可靠性問題是我們電氣設計中非常重要的問題，而作為配電系統保護電器中占重要地位的斷路器對其有一個全面、完整的認識和掌握，一定程度上對供配電系統的安全性、可靠性、合理性能起到很好的作用。

 

　　隨著供配電技術的不斷發展，在斷路器中的新技術也是我們應當及時掌握的。

 

　　對于斷路器的選型和整定原則，對于廣大的電氣設計人員來說應當是很清楚的。概要來說就是：

 

　　(1)斷路器應根據配電線路不同故障類別和具體工程要求設過負荷保護、短路保護、接地故障保護、過電壓及欠電壓保護等;

 

　　(2)斷路器的額定電流不應小于所在回路的計算電流;斷路器應能滿足短路條件下的動穩定與熱穩定的要求;用于斷開短路電流的斷路器，應考慮其在短路條件下的分斷能力(有極限分斷、運行分斷)，短時耐受電流等因素，以滿足能承受系統中可能出現的最大短路電流;

 

　　(3)對于配電系統中上下級斷路器的配合，短路電流倍數以及短路短延時的選擇整定等;

 

　　(4)要根據不同負荷性質來選擇不同類型的斷路器，如：配電型的、電動機型的、照明類的、發電機型的、直流型的等;

 

　　(5)斷路器應適應所在場所的環境條件;特殊環境條件下(如：多塵、強腐蝕、火災、爆炸、濕熱、高海拔、鹽霧等場所)應選擇能滿足環境使用要求的斷路器;

 

　　(6)斷路器的附件：如輔助觸點、欠壓、分離線圈、乃至操作方式(電動、手動)操作手柄等也應與使用要求相適應;

 

　　(7)還有斷路器的級數選擇問題，特別是在三相四線TN-S、TT系統中四級斷路器的選擇應滿足行業規范的要求。

 

　　《低壓電器》在線：那么按照斷路器通用的整定原則進行時，常有反應整定原則之間可能會發生矛盾?

 

　　邵民杰：按照規范中所要求的原則來整定斷路器，理論上沒有問題，但往往在實際運行中可能會出現一些問題。此時，要根據具體情況具體處理。

 

　　例如：對于存在正常啟動設備的保護回路，斷路器的脫扣整定值應能躲過短時出現的尖峰電流，但對于故障電流則要求斷路器能快速脫扣來切斷故障電流;對于選擇型斷路器而言，瞬時脫扣整定電流需躲過下一級開關所保護線路的故障電流;非選擇型斷路器瞬時脫扣整定電流在要求能躲過出現的尖峰電流的條件下又要盡量將整定值整定得小一些等等，所以在實際應用中就要協調好相互之間的關系，這對系統的可靠性非常重要。

 

　　另外對于上下級保護都采用非選擇型斷路器時，按整定原則：上一級斷路器長延時脫扣整定電流不宜小于下一級斷路器長延時脫扣整定電流的2倍，而實際操作中有時會看到一些非重要的、停電范圍影響較少的回路并非完全按整定原則整定，因為加大上下級斷路器級差造成了線纜截面的增大;有時也有可能出現即使按整定原則加大了上下斷路器級差也無法保證達到有效的選擇性保護配合的現象。

 

　　關于斷路器的選擇性配合

 

　　《低壓電器》在線：低壓配電系統中選擇性保護應用已是非常普遍，在對低壓配電網進行級間配合設計時，應注意哪些問題?

 

　　邵民杰：斷路器保護動作的選擇性是十分重要的，通常對低壓配電網進行有效的級間配合設計，采用選擇性保護等措施能最大限度地縮小配電系統發生故障時所造成的停電范圍,末端斷路器應以最快的速度在靠近故障點處切斷電源，避免造成越級跳閘現象。

 

　　一般選擇性保護主要通過斷路器的電流選擇性、時間選擇性、區域選擇性聯鎖、能量選擇性等方式來實現。

 

　　電流選擇性是依靠上下級脫扣器不同的動作值來實現，電流選擇性一般可查閱斷路器選擇性表格;時間選擇性要保證上下級斷路器的短路保護(短路短延時/瞬動)在跳閘時間上有一定的時間差;區域選擇性聯鎖主要用在配電級數較多配電系統中，特別是在時間選擇級數不夠的情況下使用，可減少脫扣時間，有利于選擇性配合;能量選擇性是指下級斷路器的限流使短路電流能量被限制，且不足以使上級斷路器脫扣裝置動作。

 

　　快速的限流作用能通過迅速清除故障電流，限制系統中的熱應力、電應力。能量選擇性能大大簡化選擇性跳閘的研究，并以較低的價格實現各級線路間的選擇性配合。

 

　　關于在進行具體的設計選型時，如何合理地選擇斷路器，主要可從以下幾個方面考慮：

 

　　(1) 為方便上下級配合，變壓器出線斷路器應采用選擇型斷路器(IEC標準和我國國家標準按使用類別把該斷路器稱B類)，配有過載長延時、短路短延時保護，可不設短路瞬時保護。第二級配出保護、母線聯絡保護斷路器也宜配置選擇型斷路器 ;當兩臺上下級串聯的斷路器實現過電流保護時，實現選擇性保護基本要求是：在規定的條件下，下級斷路器動作時不會引起上級斷路器動作。

 

　　(2) 選擇保護有全選擇保護、局部選擇保護，全選擇保護是指當故障電流達到下級斷路器最大故障電流時都能實現選擇性，而局部選擇性只是當下級斷路器在規定的故障電流下才能實現選擇性保護，因而局部選擇性就存在一個選擇性的電流交接值，在此值以下，局部選擇性保護可保證選擇性，而在此值以上，則不能保證選擇性。另外還有一點要說明一下，就是短時耐受電流Icw，一般只有當斷路器的 Icw=Icu=Ics時才能有效的實現全選擇保護，如果達不到這個要求，上下級匹配還是局部的。

 

　　(3) 對于選擇型斷路器，上級斷路器的過載長延時、短路短延時的整定電流不宜小于下級斷路器的1.3倍，以保證上下級之間的動作選擇性。為保證選擇性，上一級斷路器的短延時動作時間至少比下一級斷路器的短延時動作時間長0.1S。一般來說，要保證上下兩級低壓斷路器之間選擇性動作，上一級斷路器宜選擇帶短延時的過流脫扣器，而且其動作電流要大于下一級過流脫扣器動作電流一級以上。

 

　　(4) 對于上級保護是選擇型斷路器，下級保護是非選擇型斷路器時，應符合：上級斷路器的短路短延時脫扣整定電流不應小于下級斷路器短路瞬時脫扣整定電流的1.3倍。

 

　　(5) 對于上下級都是非選擇型斷路器時，應加大上下級之間斷路器脫扣整定電流的級差。一般上一級斷路器長延時脫扣整定電流不宜小于下一級斷路器長延時脫扣整定電流的2倍：上一級斷路器瞬時脫扣整定電流不應小于下一級斷路器瞬時脫扣整定電流的1.4倍。

 

　　(6) 當上下級斷路器出線端處預期短路電流有較大差別時，并且上下級斷路器均設有瞬時脫扣器，則上級斷路器的瞬時脫扣整定電流應大于下級的預期短路電流，以保證有選擇性保護。

 

　　(7) 當上下級斷路器距離很近，出線端處預期短路電流差別很小，則上級斷路器宜選用短延時脫扣器，使之延時動作，以保證有選擇性配合。

 

　　(8) 當下一級斷路器出線端短路電流大于上一級斷路器的瞬時脫扣整定電流時，下級斷路器宜選用限流型斷路器，以保證選擇性要求。

 

　　另外有條件時選擇斷路器可按照斷路器制造廠提供的選擇性表格來選擇，一般斷路器制造廠提供的表格通常是較為經濟的方案，而且這些方案都經過斷路器制造廠實驗室的認證，是相對合理可靠的。還可使用斷路器制造廠提供的脫扣曲線模擬軟件來輔助選型，當上下級開關電流脫扣曲線完全不重合，則具有完全選擇性。

 

　　《低壓電器》在線：在進行設計選型時，如何合理有效地選擇斷路器，來做到既安全可靠又經濟合理。

 

　　邵民杰：關于如何合理有效地選擇斷路器，來達到既安全可靠又經濟合理的問題，可以這樣考慮：

 

　　1)要準確計算短路電流，選用合適分斷能力的斷路器;分斷能力選得太高沒有必要;有時適當應用級聯技術可進一步降低成本，因為下一級斷路器可以用更低的分斷能力來達到計算所要的高分斷要求。

 

　　2)要合理運用選擇性。并非所有上下級都需要完全選擇性，可以部分選擇性甚至可以沒有選擇性，如果一味追求整個系統都完全選擇性，則斷路器會選得都非常大，電纜截面也會加粗，造成資源浪費，有時是沒必要的，甚至是難以實現的。選擇性的選用原則與負載的重要性及越級跳閘所造成停電范圍或擴大的停電范圍所造成的損失有關，一般如無擴大停電范圍可以沒有選擇性，如部分擴大停電范圍但無由于停電而造成更大損失則可以采用部分選擇性。

 

　　《低壓電器》在線：您上面提及全選擇性保護，該技術目前應用現狀如何?在何種情況下，考慮應用全選擇性?

 

　　邵民杰：目前，選擇性保護在變壓器以上的配電應用的已經非常廣泛，設計院在變壓器以上及低壓側總開關一般都會選用選擇性保護的斷路器。但在低壓配電至末端的配電系統應用全選擇性保護的就不太多，一般只有在局部系統或一些負荷等級要求較高的回路會應用。

 

　　關于至末端配電系統是否應用全選擇性保護，主要可考慮以下兩個因素：

 

　　(1) 必要性。重要的負荷和比較重要的負荷配電上下級要考慮做選擇性保護;或者不屬于重要負荷，但在所帶回路比較多，容量較大，如果發生故障，影響面比較大的情況，或為了避免影響其他回路，要考慮做選擇性保護。有的系統可靠性要求不是很高，停電影響也不是很大，系統故障對整個系統的可靠性影響也不大，也可不做選擇性。

 

　　(2) 經濟性。要合理運用選擇性。

 

　　關于選擇性保護的新進展或未來發展

 

　　《低壓電器》在線：您如何看待低壓配電系統全選擇性保護未來發展前景?您認為低壓電器的生產企業應該加強哪些方面的因素，才能在終端市場更具競爭力?

 

　　邵民杰：以前，低壓配電系統的選擇性保護一般只用于變壓器出線端的電力配電系統，近年來由于用電需求的提高，工業系統、公共建筑和住宅用電設備和配電分回路大增，因而負載側和終端配電的選擇性保護提到日程上來，不少國內外著名的低壓電氣企業相繼推出了相應的用于負載和終端側的選擇性斷路器，就連與微型斷路器間也可實現選擇性保護。所以隨著技術的不斷發展，未來低壓配電系統實現全選擇性保護就會變得越來越方面地實現，系統也會變得越來越可靠。

 

　　另外隨著第二、第三代和更新一代智能型萬能式斷路器的不斷問世，其智能控制器的功能也在日趨完善，除了三段式過電流保護和接地故障保護功能外，還具有電流電壓不平衡保護、斷相保護、逆功率保護、過頻(欠頻)保護、相序保護等等保護功能;同時還具有諧波分析功能、自診斷功能、MCR功能和區域選擇性聯鎖保護(ZSI)功能。其中(ZSI)功能為萬能式斷路器實現真正的選擇性保護提供了可靠保證。當配電系統某區域發生短路故障或接地故障時，由離故障點最近的區域斷路器瞬時分斷故障電流，系統內部其它區域(包括故障支路的上一級斷路器)仍保持合閘狀態而持續供電，確保上下級斷路器完全選擇性保護，以減少故障動作范圍，縮短斷路器的分斷時間，最大限度地避免因下級短路故障而造成大范圍停電事故。

 

　　實現“安全、經濟、自愈、清潔”的智能化電網，已成為我國電力建設主要方向，智能電網的建設也是需要終端用戶不斷更新配備與之相適應的設備，斷路器產品也會為適應這種需求而進行升級，研發出各種更智能化、高分斷、可通信、小型化、模塊化、低能耗、環保、安全的新一代產品，從技術性能、質量、工藝到可靠性水平都能滿足或超過智能電網對系統可靠性的要求，這一需求也正在推動和促進著低壓電器行業的發展。

 

　　目前國內低壓電器的生產企業間水平發展不一，由于企業間競爭的加劇、原材料價格因素、行業規則的制定等，使行業發展有“大企業越來越大，小企業生存越來越難”的態勢，站在行業的角度，希望企業都能有平等、快速的發展機會，但企業自身的定位，技術實力、市場策略等也決定了企業生存的狀態與發展前景，希望企業能夠不斷適應新形勢，不斷進取，為自身及行業發展創造更廣闊的發展空間。