劉志兵

摘 要：本文主要介紹了城市軌道交通目前采取TN-S配電系統(tǒng)發(fā)生接地故障時的保護措施，剩余電流保護器選用原則及常見故障處理，對典型故障進行分析及上下級保護的選擇性，將縮小故障影響范圍，提高電氣設(shè)備的運行可靠性。

關(guān)鍵詞：零序保護;剩余電流;漏電保護器

為預(yù)防人身觸電及電氣火災(zāi)，軌道交通低壓配電系統(tǒng)常采取接地故障的保護措施，保護措施需能可靠切除接地故障，還應(yīng)與配電系統(tǒng)的接地方式相適應(yīng)，同時滿足上下級選擇性保護功能。選用接地故障保護裝置時可利用各級空氣斷路器的短路瞬時保護或短路短延時部分保護，熔斷器也可以作為接地故障主保護，或直接采用帶接地故障保護的斷路器。

1 低壓配電系統(tǒng)接地故障保護

在低壓配電TN-S系統(tǒng)采用零序保護時，三相電流完全平衡，無其他諧波源干擾，此時零序電流值應(yīng)為零。因此對于非平衡配電系統(tǒng)，應(yīng)計算出最大的不平衡值，整定值大于正常運行時的不平衡值。如環(huán)控電控柜進線斷路器器和母聯(lián)斷路器，均采取零序電流保護的方式，通過電流互感器檢測各相電流值后求其矢量和乘以變比，最終計算出接地故障時的零序電流，零序電流的保護整定值應(yīng)大于兩倍的額定電流且發(fā)生接地故障時檢測的零序電流應(yīng)大于1.3倍的零序電流的保護整定值。

當(dāng)?shù)蛪汗╇娤到y(tǒng)采用剩余電流保護時，三相電流及中性線的電流矢量和不為0時，檢測到的即為剩余電流，通常叫做漏電。為防止因正常的泄漏電流造成設(shè)備誤動作，應(yīng)計算所保護負載的正常泄漏電流，將整定值調(diào)整達到總體泄漏電流的2.5倍或單個設(shè)備最大泄漏的4倍，同時還應(yīng)低于接地故障電流，以保證發(fā)生故障時，開關(guān)正常動作。由此可見，剩余電流保護比零序保護的靈敏度更高。如小動力配電箱所有插座配電回路中，由于負荷不平衡和故障靈敏度要求較高，均采取剩余電流保護方式，確保接地故障電流達到30 mA時可靠動作。

2 剩余電流保護器選用原則

2.1 剩余電流保護器的分類

剩余電流保護器包含零序電流互感器及脫扣器。常用的主要有電磁式和電子式兩種。電子式保護器測量精度高、動作靈敏、費用較低、應(yīng)用比較廣泛，但容易受到外部環(huán)境影響，發(fā)生誤動作的情況，保護電流最小可以做到5 mA保護。電磁式保護器動作可靠性高、測量精度偏低，如要提高靈敏度需采用特殊材料制作，造成費用增加，對外部的干擾具較強的抵抗能力，針對30 mA及以上電流保護。

2.2 剩余電流保護器的應(yīng)用

針對預(yù)防人身觸電事故的環(huán)境，一般選擇剩余電流不大于30 mA的剩余電流保護器，在預(yù)防設(shè)備接地故障，易造成設(shè)備電氣火災(zāi)的危險場合，剩余電流保護一般不超過500 mA。在另外一些不允許斷電的場合，一般選用快速動作型且不脫扣的聲光報警剩余電流保護器。選用多級保護時，上下級剩余電流動作保護器在時間上應(yīng)有一定級差，同時設(shè)定值一般要有3倍的預(yù)留量，防止上級同時跳閘的情況發(fā)生，造成單個設(shè)備故障影響到其他設(shè)備正常使用。

2.3 A型、AC型剩余電流保護動作的區(qū)別

以西門子5SM2為例，根據(jù)電流保護類別分為AC型剩余電流保護器及A型剩余電流保護器、B型剩余電流保護器。AC型即為人們通常理解的交流電，B型為直流電流保護，A型介于兩者之間，既可以檢測正弦交流電流，又可以對脈動直流進行保護，應(yīng)用范圍更廣，主要原理是對測量的互感器進行了改進，提高了對脈動直流的監(jiān)測靈敏度。通常應(yīng)用在具有電子整流回路中，當(dāng)線路中出現(xiàn)剩余電流時，互感器感應(yīng)電壓經(jīng)二次回路輸出，感應(yīng)電壓與剩余電流成正比關(guān)系，即電流越大電壓也越大，感應(yīng)電壓經(jīng)電路板放大器進行放大后，與設(shè)定的閥值進行比較，到達閥值后立即發(fā)出報警或脫扣動作。A型剩余電流保護器兼顧了AC型和B型的獨立特點。

在低壓配電系統(tǒng)中，變頻器、整流器、充電機等設(shè)備在運行過程中，有可能產(chǎn)生非正弦波的交流漏電情況，如潛污泵、空調(diào)風(fēng)機、電扶梯、站臺門、UPS、EPS等。如采用AC型剩余電流器，剩余電流的中的直流分量將降低互感器中的磁場強度及感應(yīng)電勢，最后可能造成剩余電流保護器拒動，擴大設(shè)備故障影響范圍，對設(shè)備及人身帶來了安全風(fēng)險。

3 剩余電流保護器故障處理

3.1 發(fā)生誤動作情況

（1）操作過電壓引起斷路器脫扣動作，一般為避免過電壓的影響，通常選擇帶延時功能或耐壓型的剩余電流保護器，也可采取一些抑制過電壓的措施，比如采用阻容電路進行吸收抑制或其他過壓吸收裝置。

（2）磁性設(shè)備或大功率設(shè)備啟停時會產(chǎn)生電磁干擾，嚴重時將導(dǎo)致剩余電流保護器動作，應(yīng)設(shè)置專門的隔離變壓器或調(diào)整開關(guān)安裝的位置，減少電磁諧波的影響。

（3）三相負荷不平衡時，中性線會出現(xiàn)回流電流，如中性線絕緣電阻較低，回流電流將部分流入大地，產(chǎn)生漏電使斷路器保護動作，需對中性線定期進行絕緣監(jiān)測，并關(guān)注三相負荷的平衡情況。

（4）設(shè)備在正常使用時，其火線與零線之間會產(chǎn)生的極為微小的電流，相當(dāng)于一般電器的靜電一樣，即運行泄漏電流，剩余電流整定值應(yīng)大于所帶設(shè)備正常的泄漏電流總和，如整定值過小將導(dǎo)致開關(guān)頻繁動作。

3.2 發(fā)生拒動的情況

（1）剩余電流保護器受自身局限性影響較大，當(dāng)采用的互感器磁環(huán)較大，產(chǎn)生了漏磁通，剩余電流一部分要克服磁環(huán)自身產(chǎn)生的磁化力，保護器靈敏度降低，致使檢測到的剩余電流偏小，出現(xiàn)拒動情況發(fā)生。

（2）手持式電動工具，未配置相應(yīng)的開關(guān)箱保護，直接接到普通剩余電流配電箱內(nèi)，在發(fā)生漏電情況時，漏電保護器未達到設(shè)定值就可能拒動。

（3）上下級剩余電流保護不匹配，上級動作時間比下級時間短，當(dāng)出現(xiàn)較大剩余電流時，下級開關(guān)延時未動作，上級開關(guān)直接脫扣，導(dǎo)致越級跳閘情況發(fā)生。

3.3 典型故障分析

（1）車站站廳兩端安檢儀電源同時發(fā)生失電故障。安檢儀電源由兩端二級負荷配電箱供電，現(xiàn)場進線總開關(guān)采用西門子3VL斷路器，加裝RCD剩余電流檢測模塊，西門子斷路器接地故障保護的原理為三相與N相矢量求和，即通過A、B、C和N相的CT來檢測電流，再經(jīng)過內(nèi)部模塊控制器來運算電流矢量和。前期曾發(fā)生過周期性脫扣故障，已將開關(guān)脫扣整定值調(diào)大。3VL RCD模塊具有三個剩余電流可視化指示燈，即激活指示燈、剩余電流25%～50%指示燈、剩余電流50%以上指示燈。運行時逐步調(diào)低保護值檔位，剩余電流25%～50%指示燈閃爍及剩余電流50%以上指示燈同步閃爍后脫扣，故現(xiàn)場確實檢測到了約100 mA～150 mA剩余電流，但分路漏電開關(guān)均未動作。

（2）就地控制主電源來自二級配電箱，但就地控制箱指示燈電源來自環(huán)控柜，現(xiàn)場控制箱內(nèi)部兩路電源零線連通，導(dǎo)致二級負荷配電箱與環(huán)控電源存在共零情況。經(jīng)和作業(yè)部門確認，安檢儀故障前曾進行該站隧道風(fēng)機月檢測試，故判斷隧道風(fēng)機測試時，A端和B端二級負荷配電箱總開關(guān)均檢測到電流矢量和不為零，且達到漏電保護值后脫扣，造成配電箱末端安檢儀失電。拆除配電箱供電與環(huán)控柜供電共用的零線，將原有就地控制箱指示燈電源供電零線接與環(huán)控柜饋線零線端子處。剩余電流消除，開關(guān)正常工作，再無誤動情況發(fā)生。

4 結(jié)語

剩余電流保護對降低火災(zāi)隱患及觸電危險非常重要，與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。隨著各個廠家競爭加劇，使用各類場所的產(chǎn)品越來越完善，如何選用合適的產(chǎn)品對保障生命安全及財產(chǎn)安全越發(fā)重要，需要不斷總結(jié)故障經(jīng)驗，加強新產(chǎn)品的原理和功能學(xué)習(xí)，才能更好的服務(wù)好設(shè)備。時至今日，還沒有哪款剩余電流保護器可以杜絕誤動作及消除動作死區(qū)問題，這是行業(yè)所面臨的技術(shù)難點，也是后續(xù)研究方向。

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