浅谈框架断路器极数与接地故障保护的关系获奖科研报告

浅谈框架断路器极数与接地故障保护的关系获奖科研报告

【摘

要】本文以实际发生的接地保护异常动作案例作为切入点，就不同极数的断路器与剩余电流型单相接地保护的关系进行探讨，期望为轨道交通框架断路器与密集母排单相接地保护在实践应用中的配合使用提供有益的参考。

【关键词】框架断路器;密集母排;单相接地保护;关系

序言

框架断路器是轨道交通400V供电系统中的重要核心设施，为供电系统的运行提供着必不可少的保障。而目前变电所内框架断路器种类以及所设接地保护类型繁多，两者之间的关系直接影响着供电系统的安全、可靠、平稳运行。因此笔者以框架断路器与单相接地保护的关系为研究对象，并以实际中发生的保护误动作故障为示例，就其两者之间的关系做具体的探讨研究。

1

框架断路器与400V供电系统保护概述

框架断路器又称“万能断路器”，在工业、商业、基础建设以及轨道交通行业中的应用广泛，电压等级为400V，额定电流由630A至6300A不等，一般多用于400V低压供电系统的电源进线开关、母联以及大容量负载馈出线。框架断路器极数类型一般有三极、四极两种，两种类型的区别是三极断路器只分断三相相线连接，而四极断路器分断包括零线在内的四相母排连接，差异只存在于是否分断零线。

在框架断路器所属低压400V供电系统中，供电系统的保护均由系统内断路器的保护脱扣器实现。框架断路器作为400V供电系统的主要设备，在发生故障时需要及时切除故障线路并确保供电系统安全，其保护类型有长延时电流保护、速断保护、瞬时电流保护（部分还有接地保护），框架断路器的保护基本都是采用电子脱扣器以实现其保护的准确性、选择性、可靠性。

2

400V供电系统接地保护异常动作案例分析

本文主要讨论的是在TN-S供电系统中，框架断路器极数的差异会对其所在的供电系统单相接地保护造成哪些影响，下面首先用一个实际案例切入：

苏州轨道交通某站400V供电系统进线401、402断路器因接地故障（Ig）跳闸，导致400V系统Ⅰ段、Ⅱ段母排同时失电。技术人员到达现场后立即对400V开关柜做了初步检查，未发现柜内有短路现象发生，对所内断路器的定值进行了核查，亦未发现异常情况。

随后抢修人员对A端环控电控室配电柜断路器状态和定值进行了查看，发现I段进线断路器故障跳闸、母联断路器分位、Ⅱ段进线断路器合闸。抢修人员又对损坏的母排绝缘进行测量，发现C相对零、对地绝缘为0Ω，判断该母排C相已经发生永久接地故障，故障是由高压400V系统Ⅱ段电源引至环控电控室配电柜2#进线断路器之间的密集母线发生相-零短路导致。

该故障只因一段电源下设备发生相-零短路故障却同时影响了两段电源的运行。针对该故障分析后，发现发生扩大故障区域故障的原因为：当相-零发生短路时，故障电流通过I段电源的零线回到I段变压器同时亦通过二级配电房与II段电源零线连接处经由II段电源的零线回到相同的变压器中性线接地点。因为一级配电房I段、II段电源进线断路器均采用的剩余电流型接地保护，故障电流通过两个通路回到中性线接地点，I段、II段电源进线均检测到四相电流矢量和大于整定值，所以导致两段进线断路器均报接地故障且跳闸。此供电系统为故障电流提供了两条回变压器中性点的回路是扩大故障区域的根本原因。

上述故障就是因下级配电房断路器极数的选择导致扩大了故障范围的典型案例，通过上述案例可以说明断路器的极数选择与接地保护功能的稳定运行之间有很大的关系。

3

低压环控电控系统馈线典型故障电流分析

典型分析前提为：高压400V一级配电房采用的是双电源供电方式，供电系统形式为TN-S，分别从变压器中性线接地点引出地线（PE线）与零线（N线），两台变压器电源引自不同的供电线路共用中性线接地点，一级配电房进线与母联处均安装为四极断路器且设置有接地保护。环控馈出框架断路器采用了三极框架断路器且未设置接地保护，在二级配电房母联处I段电源与II段电源的零线直接進行了连接。

3.1

相线接零：

当相-零发生短路时，故障电流通过I段电源的零线回到I段变压器同时亦通过二级配电房与II段电源零线连接处经由II段电源的零线回到相同的变压器中性线接地点，电流通道分别为正常故障电流通道与流经地网的第2通道（见下图）。

3.2

相线接地：

当I段电源馈出线路发生接地故障，I段电源的接地故障电流不仅通过I段的接地系统回流至1号变压器的中性点，同样会通过接地网之间的连接通过PE线再流经I段电源与II段电源相互连接的零排流回1号变压器中性点，此时就存在两个故障电流回路，I段电源进线断路器与II段电源进线断路器分别会检测到相应故障电流的存在，当流经非故障段零线的电流超过接地保护整定值时，II段进线断路器的接地保护亦会动作，造成两路电源同时失电的情况发生。

综上所述，当馈出电缆或者母排线路发生接地或接零故障时，因下级配电房配备的为3极断路器，所以故障电流通过下级配电房零线母排连接处还会存在第二条故障电流通路，主要流过的断路器有一级400V系统的进线断路器与相应馈出断路器，且根据实际情况分析，在馈线绝缘下降后，相间短路故障、接地故障与接零故障很可能一起发生，所以必须在环控馈出断路器处设置接地保护或者将下级配电系统设计为4极断路器方可保证避免两段进线断路器同时保护动作的情况，缩小故障的影响范围。

4结语

通过上文可以明确在TN-S系统中，为避免下级配电故障越级或跨段跳闸，必须在供电系统馈线处采用零序电流型或者剩余电流型接地保护对下级线路、负载进