剩余电流保护装置在线运行的探讨

摘要： 目前，在农网等低压配电系统中，大量使用的是普通电流型电子式剩余电流保护装置，包括剩余电流继电器、剩余电流断路器等，选用这些产品除了应满足国家相关产品标准，取得合格3C认证外，对其安装后在线运行时，应具有的动作特性，如动作电流、动作时间等，也应满足国家相关安装和运行管理标准要求。

关键词： 剩余电流保护装置 线运行 探讨

目前，在农网等低压配电系统中，大量使用的是普通电流型电子式剩余电流保护装置，包括剩余电流继电器、剩余电流断路器等，选用这些产品除了应满足国家相关产品标准，取得合格3C认证外，对其安装后在线运行时，应具有的动作特性，如动作电流、动作时间等，也应满足国家相关安装和运行管理标准要求。

1 三相漏电流不平衡因素的影响

农网等低压配电系统正常运行时，由于三相负荷及绝缘水平存在差异，客观上使得三相泄漏电流存在不平衡现象，而供电线路和用电设备的泄漏电流与气候、温度、负载特性、负荷大小等因素有关，变化范围大，不易控制。从剩余电流保护技术角度讲，供电线路泄漏电流数值较大时，在不同相上出现突然施加的相同值瞬时故障电流，会合成出不同值的剩余电流。对普通电流型产品而言，在某相上虽然瞬时接地故障电流等于或大于额定动作值，但合成的剩余电流可能小于该产品的额定动作值，此时剩余电流保护装置可能不动作，即通常遇到的三相供电系统，存在有剩余电流动作不灵敏相的现象。

正常运行状态下对剩余电流保护装置做试验，除了用保护装置本身的试验按钮检查外，用剩余电流保护装置专用测试仪器检查其在线运行时的动作特性。例如当额定动作电流I△n为300 mA在线运行时，某时刻线路存在泄漏电流，见图1。此时若用300 mA作为试跳故障电流，分别在A、B、C三相上做试验，就会合成出不同值的剩余电流。 图1中，I△是由穿过剩余电流互感器的相线及N线的泄漏电流合成得到的，其幅值和相角受其影响是个随机变化量。一般而言剩余电流保护装置专用测试仪器是纯阻性负载特性，因此用其分别在A、B、C三相作试跳时，可以认为I△n与UA、UB、UC同相位。从图1中可求出与在三相上分别合成为不同幅值与相角的剩余电流I△（A）、I△（B）、I△（C），以幅值为例，则得出I△（A）≈400 mA，I△（B）≈240 mA，I△（C）≈280 mA。也就是说用IΔn作试验出现了三种不同结果：A相I△（A） > U△n正确动作，B相I△（B） < I△n，不能动作，从运行角度可认为指标不合格。C相I△（C） < I△n，但可能接近于该产品的整定动作值，处于动作与不动作的临界状态。上述现象尽管为特定例子，但仔细分析后不难发现，在向量图中还有不少由于实际存在的泄漏电流，从而形成不灵敏相的区域。

从低压配电系统安全可靠运行角度看，出现单相接地等瞬时故障（树枝碰线、断线落地、接地短路电弧等）占有一定比例。而在农网等低压配电系统中选用的，用于间接接触电击保护和防止电气火灾及电气设备损坏的剩余电流保护装置，国家相关产品标准要求能检测突然施加或缓慢上升的剩余电流，且在额定动作值时应符合分断时间要求。因此，注意到我国低压配电系统现状，在选用剩余电流保护装置产品时，也应充分重视其在线运行时动作电流、最大分断时间、极限不驱动时间等动作特性参数指标是否仍能符合标准。从技术措施角度讲，这对低压配电系统剩余电流保护，更具有安全可靠的实际意义。

2 动作时间因素的影响

根据剩余电流保护装置国家相关产品标准，以分断时间分类有一般型和延时型两大类。S（选择）型作为延时型的一种，有时可以单独列为一类，例如JB/T 8756-1998《剩余电流动作保护继电器》标准中，以分断时间分为一般型、延时型、S型三类。剩余电流继电器与交流接触器或各种具备电动合分闸功能的低压断路器组成组合式剩余电流保护装置，具有技术含量较高、可维护性好等优点，在农网等低压配电系统得到了广泛应用。S型剩余电流继电器作为延时型的一种，可与一般型产品配合，用作选择性分级保护，可以设置一次自动重合闸功能。因其在额定动作电流下较一般型分断时间长得多，对雷击感应或系统操作过电压等形成的尖峰干扰有较强的抗干扰能力，明显减少了误动作机会。此外，由于住宅或单台设备使用的大多为小型剩余电流断路器，分断时间小于0.1 s，额定动作电流一般在50 mA左右，因此与S型剩余电流保护装置（最小不驱动时间为0.13 s）组成分级保护，能满足下一级极限不驱动时间大于上一级动作时间的要求。实际使用效果证明，S型剩余电流继电器更适合在我国农网中大量推广使用。S型剩余电流继电器与一般型、延时型动作时间比较见表1。

目前大量使用的电流型电子式产品，动作时间的设置多采用阻容元件组成的模拟电路技术。常温状态下在做型式试验或其它试验时，可以达到相关产品标准要求。但安装运行较长时间后，应考虑是否仍能满足在I△n、2I△n、5I△n时均能符合分断时间和极限不驱动时间要求。GB 13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》中，对产品的运行管理特别提出：为检验剩余电流保护装置在运行中的动作特性及其变化，运行管理单位应配置专用测试仪器，并应定期进行动作特性试验，包括测试动作电流值、分断时间、极限不驱动时间等，有很强的针对性和实用意义，对考核剩余电流保护装置的质量，指导正确选用和运行管理有很好的督促作用，应引起供电管理部门和生产厂商的高度重视。

4 电流型剩余电流继电器技术改进措施

从以上分析可以看出，现有普通电子式电流型剩余电流保护装置，在三相供电系统使用中，存在剩余电流动作不灵敏相现象。而采用模拟电路设置动作电流值及分断时间和极限不驱动时间等整定值，离散性大，难以完全满足农网等低压配电系统安全可靠运行的技术要求。

随着单片机技术的快速发展，其信息处理功能大大增强。引入单片机技术对现有的电流型剩余电流保护装置进行技术更新升级，可以克服目前产品的缺陷，大幅度提高动作时间及动作电流值设置的精确度，以适应低压配电系统安全可靠运行对剩余电流保护装置更高的要求。南京工程学院附属工厂在这方面做了一定工作，研制开发了LJM微机S型剩余电流继电器产品等。它在普通S型产品基础上增加了单片机技术，对经过剩余电流互感器检测到的突然施加或缓慢上升的剩余电流信号，采用适当的数学处理方法，进行动态相位检测、数字滤波、实时计算等，且对互感器无同名端方向性要求。使得剩余电流动作保护值在360�相角变化范围内不受漏电流影响，解决了普通电流型产品在低压配电系统存在三相不平衡漏电流且数值较大时，有不灵敏相的问题。此外，采用数字及软件设置技术，使得动作电流与动作时间的额定整定值设置精确度大大提高，低压配电系统的可靠性、稳定性得到保证，克服了模拟电子电路易产生性能漂移的问题。 �当被保护的低压配电系统漏电流值小于额定整定剩余动作电流值时，各相用同样的接地试跳电流（产品铭牌标称的额定剩余动作电流），对剩余电流保护装置做动作特性试验，均可确保动作准确。 �当线路任一相发生瞬时接地故障出现突然施加的漏电流，该产品能准确检测到，当其达到额定动作值时均能可靠动作，不受三相漏电流不平衡因素影响，使得单相接地故障剩余电流动作值保持一致，并具有一次重合闸功能，保证了产品安全可靠投入运行。 �当被保护的低压配电系统缓变剩余电流达到额定动作值时，立即动作跳闸，也有一次重合闸。若故障继续存在则跳闸闭锁，需关掉剩余电流继电器工作电源后重新合上开关，才能继续运行。 �剩余电流互感器安装无方向要求，互感器与本机没有一一对应关系约束，互换性好，便于大批量生产、安装、维护。 �剩余电流实时数字显示，可设置报警功能。 �接地故障剩余电流动作值记录、储存，有助于故障原因分析。 �可附加通信接口功能。 GB 13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》以安装和使用为主，发布执行后将与现有国家相关产品标准构成一个完整的标准链，完善了剩余电流保护装置从生产制造到安装和运行管理全过程的标准体系。 综上所述，我国现有低压配电系统存在三相不平衡泄漏电流且数值较大，而目前大量正在使用的产品，动作特性参数指标尚有不足之处。因此，必须重视对剩余电流保护装置的技术更新改进，从技术上消除缺陷，提高动作特性参数设置精确度和稳定性，完善产品应用功能，以适应国家标准和低压配电系统现状对产品的更高要求。