1 引言

　　今天，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信、總線技術(shù)速度的提高和存儲(chǔ)器體積的小型化，不僅豐富了新型控制器的功能，也為斷路器提供更強(qiáng)的控制與保護(hù)等功能。新型控制器不僅能提供基本的保護(hù)功能，還能精確測(cè)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)、事件記錄、波形捕捉、通信等功能。本文主要介紹了三個(gè)有特色的增選附加功能的原理與應(yīng)用，在配電系統(tǒng)中具有區(qū)域選擇性聯(lián)鎖保護(hù)的斷路器，利用其智能控制器通信與數(shù)據(jù)交換原理組成一種新型區(qū)域選擇性保護(hù)技術(shù)，它克服了傳統(tǒng)配電系統(tǒng)保護(hù)中上下級(jí)間難以達(dá)到的真正選擇性保護(hù)，可有效提高供電系統(tǒng)的可靠性、安全性，也可降低配電系統(tǒng)的動(dòng)熱穩(wěn)定性。負(fù)載監(jiān)控保護(hù)可根據(jù)斷路器的功率和電流設(shè)定卸載和再連接參數(shù)，借助觸點(diǎn)發(fā)信號(hào)，由控制器實(shí)現(xiàn)卸載和重合閘負(fù)載功能，從而保持重要負(fù)載的持續(xù)、可靠供電。

　　當(dāng)今，電能質(zhì)量問(wèn)題已得到各行各業(yè)的高度關(guān)注，因其直接影響著生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益等。諧波問(wèn)題是電能質(zhì)量主要問(wèn)題之一。具有諧波測(cè)量的控制器，通過(guò)其諧波和基波的計(jì)算，精確分析電網(wǎng)質(zhì)量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)，防止因諧波因素致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

　　2 智能控制器具有可增選的三個(gè)有特色附加功能

　　2.1 區(qū)域選擇性聯(lián)鎖的原理及應(yīng)用

　　(1)區(qū)域選擇性聯(lián)鎖概述

　　低壓配電系統(tǒng)一般采取多級(jí)配電中心制，即多臺(tái)斷路器采用多級(jí)方式上下關(guān)系連接在同一電力回路中(類似于樹(shù)狀結(jié)構(gòu))。在系統(tǒng)中常見(jiàn)的故障為過(guò)載、短路、接地故障、沖擊電流以及電壓跌落等，這些故障不僅影響本支路負(fù)載的正常供電，而且還由于處理不及時(shí)蔓延擴(kuò)大，以致殃及其他正常工作負(fù)載的供電。顯然，低壓配電系統(tǒng)的安全性和可靠性是依據(jù)系統(tǒng)中各級(jí)斷路器的技術(shù)性能及其相互的選擇性保護(hù)技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)的。所謂選擇性保護(hù)，簡(jiǎn)而言之，就是哪里出現(xiàn)故障，該故障點(diǎn)的上級(jí)斷路器跳閘，僅僅是切斷故障支路的供電，而不影響其他支路的正常供電。這就需要有選擇性保護(hù)技術(shù)。

　　傳統(tǒng)的低壓配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)技術(shù)采用最多的就是上下級(jí)差保護(hù)，通過(guò)對(duì)上下級(jí)斷路器的整定值(考慮上、下級(jí)的整定電流和延時(shí)時(shí)差的配合)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定，以達(dá)到分級(jí)保護(hù)。這種保護(hù)方式在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中被證明有可能出現(xiàn)“越級(jí)跳”的情況，即最靠近故障點(diǎn)的斷路器還沒(méi)動(dòng)作，它的上級(jí)斷路器就先動(dòng)了，導(dǎo)致故障范圍被擴(kuò)大。具有區(qū)域選擇性聯(lián)鎖功能的萬(wàn)能式斷路器可確保斷路器上下級(jí)完全的選擇性保護(hù)，通過(guò)控制線可聯(lián)鎖多臺(tái)具有區(qū)域選擇性聯(lián)鎖功能的萬(wàn)能式斷路器，聯(lián)鎖聯(lián)線示意見(jiàn)圖1。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，檢測(cè)到故障的控制器送一個(gè)信號(hào)給上級(jí)斷路器并檢查下級(jí)斷路器到達(dá)的信號(hào)。如果有下級(jí)斷路器送過(guò)來(lái)的信號(hào)，此斷路器將在脫扣延時(shí)期間保持合閘。如果下級(jí)沒(méi)有送過(guò)來(lái)信號(hào)，斷路器將瞬時(shí)斷開(kāi)，不管控制器保護(hù)是否有延時(shí)。從而保證保護(hù)的可靠性，實(shí)現(xiàn)真正地選擇性保護(hù)。

　　(2)區(qū)域選擇性聯(lián)鎖的保護(hù)原理

　　圖1 舉例了具有區(qū)域選擇性聯(lián)鎖的萬(wàn)能式斷路器選型與聯(lián)線示意圖。第一級(jí)萬(wàn)能式斷路器與主變壓器相連，選額定電流In=4000A 的斷路器，第二級(jí)選額定電流In=2000A 的斷路器，第三級(jí)選額定電流In=1000A 的斷路器。

　　當(dāng)短路故障A 出現(xiàn)時(shí)，第一級(jí)與第二級(jí)斷路器均檢測(cè)到故障電流，第一級(jí)斷路器收到第二級(jí)斷路器的信號(hào)在脫扣延時(shí)0.4s 內(nèi)保持合閘，第二級(jí)斷路器由于沒(méi)有收到下級(jí)的信號(hào)而瞬時(shí)脫扣盡管它的脫扣時(shí)間整定為0.2s。

　　當(dāng)短路故障B 出現(xiàn)時(shí)，第一級(jí)斷路器檢測(cè)到故障電流。因?yàn)闆](méi)有收到下級(jí)斷路器送來(lái)的信號(hào)，它將瞬時(shí)脫扣，盡管脫扣時(shí)間整定0.4s。

　　(3)區(qū)域選擇性聯(lián)鎖應(yīng)用的重要性

　　如無(wú)區(qū)域選擇性聯(lián)鎖功能，當(dāng)短路故障A 出現(xiàn)時(shí)，則第一級(jí)斷路器，第二級(jí)斷路器都不可避免的均受到短路電流的沖擊，特別是在大容量的變壓器情況下，這時(shí)A 點(diǎn)短路電流很大，會(huì)出現(xiàn)第一級(jí)斷路器、第二級(jí)斷路器全部跳閘的情況。由于第一級(jí)斷路器跳閘，將全部負(fù)載斷電，造成大范圍停電的事故。只有采用具有區(qū)域選擇性聯(lián)鎖功能的萬(wàn)能式斷路器才能最大限度地避免了因下級(jí)短路故障而造成大范圍停電的事故，使故障停電所影響的范圍縮到最小，保證了無(wú)故障部分的連續(xù)供電，從而可實(shí)現(xiàn)完整的多級(jí)監(jiān)控功能。采用具有區(qū)域選擇性聯(lián)鎖的萬(wàn)能式斷路器后，出現(xiàn)短路故障時(shí)，消除了內(nèi)部延時(shí)，提高了分?jǐn)嗨俣?。由于分?jǐn)鄷r(shí)間縮短，限流效果好，可以降低短路電流在母線上的壓降，因而同一母線上的其他帶欠壓脫扣器的斷路器就不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。由于其是通過(guò)降低過(guò)流故障期的能量釋放來(lái)約束故障應(yīng)力，故極大地降低了萬(wàn)能式斷路器承受短路電流的動(dòng)、熱應(yīng)力，提高了斷路器分?jǐn)鄷r(shí)的可靠性，且最大限度地縮小了停電區(qū)域。

　　2.2 負(fù)載監(jiān)控保護(hù)特性的原理及應(yīng)用

　　智能控制器具有負(fù)載監(jiān)控功能，能以兩種工作方式來(lái)監(jiān)測(cè)和控制支路負(fù)載。其一，為可卸載兩路下級(jí)負(fù)載，當(dāng)主回路電流超過(guò)變壓器容量時(shí)，可遙控控制下級(jí)斷路器分勵(lì)線圈，分別卸去兩路次要負(fù)載，確保主變壓器不因過(guò)載發(fā)熱而損壞;其二，為只可卸載一路下級(jí)負(fù)載，且當(dāng)主回路負(fù)載又下降為正常值時(shí)，可重合閘已卸載的負(fù)載。用戶可根據(jù)需要任選其中一種方式，其負(fù)載監(jiān)控連線方式見(jiàn)圖2。

　　負(fù)載監(jiān)控保護(hù)時(shí)智能控制器可設(shè)置兩個(gè)整定值，并可輸出兩個(gè)無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)，通過(guò)繼電器模塊放大觸點(diǎn)容量后，可達(dá)到AC 220V/10A 或DC 24V/10A。

　　方式一：可以獨(dú)立控制兩路下級(jí)負(fù)載的卸載。

　　當(dāng)主電路運(yùn)行電流超過(guò)整定值時(shí)ILC1、ILC2 時(shí)，分別延時(shí)tc1、tc2 后發(fā)出接點(diǎn)信號(hào)，控制器指令分?jǐn)鄡陕肥芸刎?fù)載，保證主電路的正常供電，一般整定電流ILC1>ILC2，其負(fù)載監(jiān)控方式一動(dòng)作特性見(jiàn)表1。

　　方式二：一般只用于監(jiān)控一路下級(jí)負(fù)載的卸載和重合閘。當(dāng)運(yùn)行電流超過(guò)整定值ILC1 時(shí)，控制器延時(shí)發(fā)出接點(diǎn)信號(hào)分?jǐn)啻寺坟?fù)載，電流下降使主電路和重要負(fù)載保持供電。若分?jǐn)嗪筮\(yùn)行電流恢復(fù)正常，即當(dāng)電流值低于ILC2 整定值，經(jīng)延時(shí)后控制器再發(fā)出指今接通已分?jǐn)嗟呢?fù)載，恢復(fù)該負(fù)載供電，負(fù)載監(jiān)控方式二動(dòng)作特性見(jiàn)表2。

　　3 諧波監(jiān)測(cè)對(duì)配電系統(tǒng)的重要性

　　3.1 諧波產(chǎn)生的原因

　　在一個(gè)理想的清潔電力系統(tǒng)中，電流和電壓波形是純正的正弦波形。但隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人民生活水平的不斷提高，除了需要電能成倍增長(zhǎng)外，對(duì)供電質(zhì)量及供電可靠性的要求也越來(lái)越高，電能質(zhì)量備受到人們的日益重視。例如，工業(yè)生產(chǎn)中的大型生產(chǎn)線、飛機(jī)場(chǎng)、大型商廈、大型醫(yī)院等重要場(chǎng)合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一旦失電，或因受電力網(wǎng)上瞬態(tài)電磁干擾影響，致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，將會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電梯、空調(diào)等變頻設(shè)備、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、微波爐、電子式鎮(zhèn)流器熒光燈等已成為人民日常生活的一部分，如果這些裝置不能正常運(yùn)行，必定擾亂人們的正常生活。但是，電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式照明設(shè)備、變頻調(diào)速裝置、逆變器、微波爐等用電負(fù)載大都是具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備(又稱為非線性負(fù)載)，在使用過(guò)程中都是諧波源。當(dāng)電流流經(jīng)線性負(fù)載時(shí)，負(fù)載上電流與施加電壓呈線性關(guān)系;而電流流經(jīng)非線性負(fù)載時(shí)，則負(fù)載上電流為非正弦電波，即產(chǎn)生了諧波。

　　3.2 諧波對(duì)供電系統(tǒng)及其供用電設(shè)備的影響

　　隨著傳感技術(shù)、光纖、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息技術(shù)日臻成熟，集成度愈來(lái)愈高的微電子技術(shù)使計(jì)算機(jī)的功能更加完美，體積愈來(lái)愈小，從而促使各種電器設(shè)備的控制向智能控制器方向發(fā)展。但是微電子技術(shù)集成度的提高，微電子器件工作電壓變得更低，耐壓水平也相對(duì)更低，更易受外界電磁場(chǎng)干擾而導(dǎo)致控制單元損壞或失靈。因此，受諧波污染的公用電源，輕者干擾設(shè)備正常運(yùn)行，影響人們的正常生活，重者致使工業(yè)上的大型生產(chǎn)線、系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓，會(huì)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。由負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流經(jīng)過(guò)電源阻抗和所有其他并聯(lián)路徑流過(guò)整個(gè)電路，結(jié)果是流過(guò)電源阻抗將產(chǎn)生諧波電壓，且在整個(gè)裝置中存在。

　　(1)對(duì)輸配電線路的影響

　　如果供電系統(tǒng)電網(wǎng)的諧波特別嚴(yán)重，則不但使接入該電網(wǎng)的設(shè)備(如計(jì)算機(jī)等)無(wú)法正常工作，甚至?xí)斐晒收希疫€會(huì)造成向供電電網(wǎng)的中性線注入更多電流，造成超載、發(fā)熱、影響電力正常輸送。由于輸電線路阻抗的頻率特性，線路電阻隨著頻率的升高而增加。在集膚效應(yīng)的作用下，諧波電流使輸電線路的附加損耗也增加，在電網(wǎng)的損耗中，變壓器和輸電線路的損耗占了大部分，所以諧波使電網(wǎng)網(wǎng)損增大。諧波還使三相供電系統(tǒng)中中性線的電流增大，導(dǎo)致中性線過(guò)載。

　　(2)增加供用電設(shè)備的附加損耗，使設(shè)備過(guò)熱，降低設(shè)備的效率

　　由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍，高頻電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，因集膚效應(yīng)的作用，使導(dǎo)體對(duì)諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設(shè)備的功率損耗和電能損耗，使導(dǎo)體嚴(yán)重發(fā)熱。隨著諧波電壓的提高，加速電力電容器的絕緣老化，并使電容器的損耗系數(shù)增大、附加損耗增加，從而容易發(fā)生故障和縮短電容器的壽命。

　　(3)影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作與可靠性諧波對(duì)電力系統(tǒng)中以基波量為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響十分嚴(yán)重，這是由于這些按基波量整定的保護(hù)裝置整定值小、靈敏度高。如果在基波基礎(chǔ)上再疊加諧波的干擾則會(huì)引起發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)誤動(dòng)等(若誤動(dòng)作后引起跳閘，則后果會(huì)相當(dāng)嚴(yán)重)，就會(huì)威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

　　(4)諧波使測(cè)量和計(jì)量?jī)x器的指示和計(jì)量不準(zhǔn)確

　　由于電力計(jì)量裝置都是按50Hz 標(biāo)準(zhǔn)的正弦波設(shè)計(jì)的，當(dāng)供電電壓或負(fù)荷電流中有諧波成分時(shí)，會(huì)影響感應(yīng)式電能表的正常工作。

　　(5)干擾通信系統(tǒng)的工作

　　電力系統(tǒng)上流過(guò)的幅值較大的奇次諧波電流通過(guò)磁場(chǎng)耦合，不但會(huì)在鄰近通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，而且在諧波和基波的共同作用下，會(huì)觸發(fā)電話鈴響，甚至在某些嚴(yán)重的情況下，還會(huì)威脅通信設(shè)備和人員的安全。

　　3.3 智能控制器具有諧波監(jiān)測(cè)對(duì)電力系統(tǒng)的重要性

　　新型智能控制器具有的諧波監(jiān)測(cè)功能可測(cè)量并顯示三相電流總諧波畸變THDIA、YHDIB、THDIC，三相電壓總諧波畸變THDUA、THDUB、THDUC，以及檢測(cè)電流、電壓的3～21 次諧波并在控制器內(nèi)部存儲(chǔ)，可通過(guò)通信口輸出至上位機(jī)顯示，對(duì)供電質(zhì)量進(jìn)行精確檢測(cè)。用戶可時(shí)刻關(guān)注并采取有力措施抑制諧波電流，減小諧波侵入電網(wǎng)，從而真正抑制諧波對(duì)供電系統(tǒng)及其供用電設(shè)備的影響。

　　4 結(jié)論

　　萬(wàn)能式斷路器選型時(shí)選擇具有區(qū)域選擇性聯(lián)鎖保護(hù)、負(fù)載監(jiān)控、諧波監(jiān)測(cè)功能的智能控制器可有效提高供電系統(tǒng)的安全性、可靠性和連續(xù)性。隨著社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題的關(guān)注和對(duì)持續(xù)、可靠供電的需求，且我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)，用電需求量增長(zhǎng)很快，不僅對(duì)智能電器需求量會(huì)成倍增長(zhǎng)，而且對(duì)智能電器的性能也將提出更高更新的要求。