电网谐波影响低压断路器不对称接地（接零）故障保护准确性的研究

摘要：本文简要论述了电网谐波影响低压断路器不对称接地（接零）故障保护准确性的现状，并从硬、软件设计角度出发对该现状提出了详细的解决方案。从而不仅使低压断路器能显示电网谐波的影响程序，还提高了低压断路器的保护准确性和工作可靠性。 
关建词：KST45　智能脱扣器　　电风谐波　不对称接地（接零）故障保护
　　
    一、概述
    随着我国工业技术的飞速发展，新型用电设备不断涌现，“非正弦波用电设备”（如硅整流用电设备、中频用电设备、变频用电设备等）日益增多。这些“非正弦波用电设备”的广泛使用导致电网中的谐波成分明显增加，电网污染日趋严重；电网中的谐波成分增加对低压断路器的动作准确性和工作可靠性无疑是一个新的考验。目标GB14048.2-2001中有关EMC部分与GB14048.2-94相应部分比较，增加了对低压断路器的复合谐波试验，这就进一步说明了低压断路器抗电网谐波干扰的重要性。
    目前，DW45型低压断路器的不对称接地（接零）故障保护大部分采用三相电流矢量和值进行保护，而该三相电流矢量和值是A、B、C三相电流信号矢量和电路求出模拟量再经模数转换后得到的（简称三相模拟电流矢量和值）。
    *，三相50Hz的对称正弦波其三相矢量和为零；而三次谐波的三相矢量和值是其各相值的叠加。也就是说，在谐波成分较高的电网中工作，用三相模拟电流矢量和值作为不对称接地（接零）故障保护的实际电流值进行不对称接地（接零）故障保护的准确性是不高的，有时甚至会造成误动作。
    现在，为DW45型低压断路器配套的KST45（升级型）智能脱扣器采用了16位高性能微控制器（MCU）、主频比原来增加了一倍，使模数转换时间成倍缩短、运算速度大大提高，能够准确地计算出每相电流和电压的真有效值，快速、有效地进行三相数字电流矢量和运算、为解决电网谐波对三相模拟电流矢量和值的影响构建了物理平台。
　　
    二、谐波影响系数K
    KST45（升级型）智能脱扣器增加了电网谐波影响三相模拟电流矢量和值的处理功能，引入了一个电网谐波影响三相模拟电流矢量和的综合系数（简称谐波影响系数K）。
    谐波影响系数K的实测值计算方法为：
    K＝（IAG－IDG）/Iz×*   式中：
    IAG为三相模拟电流矢量和值；
    IDG为三相数字电流矢量和值；
    Iz为不对称接地（接零）综合电流值。
 
    上式中的三相模拟电流矢量和值是由矢量和电路求出三相模拟电流的矢量和模拟量，再经模数转换后得到的，它的值受电网谐波的影响；三相数字电流矢量和值是微控制器根据每相电流的正确的真有效值计算出的三相矢量和，它的值不受电网谐波的影响；不对称接地（接零）综合电流值是根据三相电流平均值与三相数字电流矢量和值的取权综合得到的，其目的是使谐波影响系数K的实测值更趋合理。
　　
    三、谐波影响系数K的整定
    与智能脱扣器的其它保护参数相同，KST45（升级型）智能脱扣器的谐波影响系数K值也可以由用户整定（出厂整定值为“OFF”）。
    谐波影响系数K的整定值范围为：
    ON＋10%～*＋OFF（级差为1%）
    谐波影响系数K的整定值与不对称接地（接零）保护特性的对应关系如下：
    （1）K＝OFF时，不对称接地（接零）故障保护的实际电流值全部采用三相模拟电流矢量和值（与原KST45型智能脱扣器相同）；这时智能脱扣器虽然仍显示电网谐波影响系数K的实测值，但不对称接地（接零）故障保护准确受到电网谐波的全部影响；该整定状态可用于电网谐波较小的地区。保留这个整定值是为了兼容原KST45型智能脱扣器。
    （2）K＝ON时，不对称接地（接零）故障保护的实际电流值全部采用三相数字电流矢量和值；这时不对称接地（接零）故障保护*容纳了电网谐波的影响。在这种整定状态下，智能脱扣器可以在电网谐波十分严重的场合准确地实施不对称接地（接零）故障保护。
    （3）K值整定在10%～*之间时，不对称接地（接零）故障保护的实际电流值分两种情况取值：当谐波影响系数K实测值≤整定值时，取三相模拟电流矢量和值作为保护的实际电流值；当谐波影响系数K实测值＞整定值时，以三相数字电流矢量和值为基数，再计入K值整定百分比的谐波影响分量作为保护的实际电流值。这样，可限制电网谐波影响不对称接地（接零）故障保护的程度。 
　　
    四、谐波影响系数K的显示
    KST45（升级型）智能脱扣器在工作时，实时监测电网谐波影响三相模拟电流矢量和值的程度，可在电流表窗口显示谐波影响系数K的实测值。
    具体操作方法为：按“选择”键查询，电流表窗口循环显示：LI相电流（LI灯恒亮）、L2相电流（L2灯恒亮）、L3相电流（L3灯恒亮）、不对称接地（接零）电流（G灯恒亮）、谐波影响系数K实测值（G灯闪烁）、zui大相电流。
    KST45（升级型）智能脱扣器电流表窗口显示的不对称接地（接零）电流值始终是经过谐波影响系数K处理后的不对称接地（接零）故障保护的实际电流值；显示的谐波影响系数K始终是电网谐波影响三相模拟电流矢量和综合系数实测值。 
　　
    五、带谐波影响系数K的不对称接地（接零）故障保护
    KST45（升级型）智能脱扣器在工作时，根据谐波影响系数K的整定值实时计算不对称接地（接零）故障保护的实际电流值，并可在电流表窗口显示该实际电流值（见显示节）；当该实际电流值大于等于不对称接地（接零）故障保护的整定电流值时，智能脱扣器根据不对称接地（接零）故障保护的整定时间值对其进行定时限方式的保护。
    在实施不对称接地（接零）故障保护的同时，智能脱扣器还记录下发出不对称接地（接零）故障脱扣指令时的不对称接地（接零）故障实际电流值和延时动作时间，以及当时各相的电流值和谐波影响系数K的实测值；这些故障记录数据在智能脱扣器断电后仍不消失，以备查用，一直记忆到被新的故障记录数据刷新为止。
    KST45（升级型）智能脱扣器可以解决电网谐波对低压器不对称接地（接零）故障保护准确性的影响，在电网谐波日益严重的今天应运而生；它不仅提高了保护的准确性和工作的可靠性，还为用户提供了更多的保护选择，充分体现了“持续改进，顾客满意”的理念。