隧道内远距离配电线路断路器保护灵敏度的探讨

隧道内远距离配电线路断路器保护灵敏度的探讨

甘倩

深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司、 518000

摘要：隧道工程作为近年来我国道路建设方面高速发展的新型建设领域，在我国的交通网络建设中起到了重要的作用，不仅解决了偏远地区的高速公路搭建问题，同时也促进了我国隧道建设的持续推进。近年来，我国的隧道工程建设的长度越来越大，远距离的隧道施工建设对施工的各项工序都提出了更高的要求。远距离的隧道工程内，配电线路的线路较长，对配电线路的建设和日常维护工作产生了很大的困难。如何确保能够及时发现配电线路的突发性故障，避免电路事故发生是隧道建设工作者必须要考虑的问题。本文从隧道配电线路建设的发展现状出发，深入研究了确保隧道内远距离配电线路断路器保护灵敏度的重要性和提高断路器灵敏度的具体措施。

关键词：隧道建设；远距离配电线路；断路器；灵敏度；实践研究

一、我国隧道内远距离配电线路的建设现状

现如今我国的隧道建设通常采用的是低压配电系统作为隧道的的电路网络，隧道作为较长的交通建筑，导致了与传统的供电线路相比，其供电半径会偏大很多，考虑隧道建设的实际地理环境，导致很难在隧道内部建立变电所，这就使得隧道内普遍形成了较远距离的配电线路。有关调查显示，隧道常见的配电故障以单相接地故障、两相接地短路、两相短路和三相短路为主，而这其中又以单相接地故障最为严重，由于单相接地故障造成的电气火灾或电气伤亡事故占据了隧道电气事故的绝大多数，这不仅严重影响了隧道的施工质量，同时也影响了隧道供电的长远发展。

为了有效降低隧道单相接地故障的突发性事故影响，必须要采取先进的技术措施进行监管。除了加大对隧道配电线路的日常维护和检查，更重要的是完善断路器的应用效果，进一步降低发生单相接地故障的影响。但是隧道内的远距离配电线路使得供电线路的相保阻抗增大，致使发生单相接地故障时的故障电流较小，而我国现阶段由于不重视断路器保护建设的准确性，导致断路器在发生故障时，不能及时做出相应，保护电路，一旦应急工作不及时，就增加了事故的严重度。

当前隧道建设中，技术人员更加重视的是远距离配电线路末端的输电线路质量。通常会开展具体的线路检验，核算远距离输电线路的电压损失和稳定性情况。但是却经常性的忽略隧道中远距离输电线路的断路器的灵敏度检验。在这种情况下，就导致了配电线路和建设质量达到了标准，但是后期的使用安全性得不到有效保障。通过对我国隧道工程中配电线路建设现状进行分析，不难发现为了有效保障配电线路的正常运作，必须要进一步对断路器灵敏度进行深入探讨。

二、配电线路断路器灵敏度的校验研究

1.断路器灵敏度校验的标准规范

我国针对配电线路的断路器灵敏度标准，出台了具体的标准规范，在GB 50054-2011《低压配电设计规范》中，明确规定了在输电线路中，一旦配电线路达到了一定长度，就必须要根据有关的标准要求，安装必须的短路保护电器。不同的短路保护电器，其标准规范也不同，如果选择断路器作为断路保护器，则要求被保护线路末端的短路电流不能小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍，如果要通过公式的方式表达，极为：

≥K_LE （1）

其中：I_dmin为断路器所在的配电线路设定的预期短路电流最小值。如果具体应用于TN、TT输电系统，则指的是系统中单相短路电流，单位为A；I_xd指的是当发生低压配电系统短路故障时，断路器瞬时或者是短延时内过电流脱扣器的整定电流，单位为A；K_LE即为低压断路器的灵敏度系数最小值，通常取1.3。

2.断路器灵敏度校验的注意事项

为了能够确保隧道内远距离配电线路断路器的灵敏度符合施工的建设要求，必须要在标准规范的基础上，根据隧道建设的实际情况，进行相对应的断路器保灵敏度校验。

在开展灵敏度校验之前，首先要对隧道的远距离配电线路的单相接地故障电流进行计算。而为了能够计算单相接地故障电流，首先要根据实际的工程建设内容，进行配电线路系统阻抗、变压器阻抗、低压开关柜内铜母排阻抗、配电线路阻抗等远距离配电线路的具体部位阻抗值，最终求出配电线路的总相保阻抗Z；在已知总相保阻抗的情况下，通过下面的公式求出配电线路的单相接地故障电流I_dmin。

即为：I_dmin= （2）

在已经求出配电线路单相接地故障电流后，即可通过前面的（1）式求出隧道内远距离的配电线路断路器灵敏度。在这一过程中，必须要结合隧道建设配电线路的实际情况，充分对配电线路的各种阻抗进行分析计算，充分考虑线路的实际情况，进而才能确保在实际工作中，断路器的实际保护电路灵敏度。一旦求出了断路器的灵敏度，就必须要对灵敏度值进行详细的分析考虑，如果灵敏度校验值没有达到实际的要求，就会严重影响隧道配电线路的短路保护机制，因此，就必须要针对实际情况进行配电线路断路器灵敏度的提高措施。

三、提高隧道远距离配电线路断路器保护灵敏度的实际方法

1.提高单相接地故障电流I_dmin值

隧道建设中，由于配电线路建设长度较长，导致了在建设过程中，输电线路的相保阻抗增加，严重影响了单相接地故障电流。因此，有关的技术人员必须要通过深入的实际性分析，采取具体的方法有效的提高单相接地故障电流值。通过结合实际的隧道工程配电线路建设情况现如今用于隧道工程施工的线路断路器已经发展的较为成熟，基本没有了提升空间。因此，如果想要提高单相接地故障电流，就必须从其他方面着手。读者经过实际分析后，提出了几种方法：一是加大相导体及保护接地导体截面。通过采取具体的方法，能够一定程度提高单相接地故障电流值，但是这种方法会在一定程度上增加有色金属的浪费，不适用于当前生态环保的发展理念；二是通过改变线路的结构，提高单相接地故障电流值。而这种方法常见的具体措施是将裸露的干线改为紧凑型的封闭母线，通过这种方法能够有效的降低输电线路的电容阻抗，进而提高单相接地故障电流，但是如果要采用这种方法应用于隧道配电线路工程，如果隧道长度过大，会导致资金投入过多，降低工程的经济实用效益；三是不断完善隧道内远距离的配电线路网络。通过不断地完善隧道配电线路，利用先进的配电线路建设理念和技术，进而有效的降低线路的总相保阻抗，进而达到提高单相接地故障电流的目的。

比如，在某水下隧道中，隧道总长5.3km，水下盾构段长3.1km，在隧道的北岸盾构井和南岸管控中心各设置有1座主变电所，在北岸4^#雨水泵房、江中废水泵房以及南岸风机房各设1座跟随所, 低压系统接地型式为TN-S。通过对隧道内动力负荷中线路最长的配电回路断路器进行灵敏度校验，发现断路器的灵敏度系数远小于1.3，不满足规范要求。通过结合实际隧道建设的经济需求，最终通过采取以下三种可行性方法，提高断路器灵敏度：一是通过对隧道雨水泵双电源切换箱进线断路器采用选择性断路器；二是对隧道雨水泵采用软启动，有效降低低压柜馈线断路器定时限过电流整定值；三是低压柜馈线回路采用具有剩余电流保护功能的断路器。通过这三种实践方法，都能够有效提高单相接地故障电流I_dmin值，确保了断路器达到规范的灵敏度，提高了线路的安全性。由此可以看出，在进行断路器灵敏度改善的工作中，要通过具体的实践方法，采取合适的手段，从提高单相接地故障电流I_dmin值角度确保断路器灵敏度达到相应的规范需求。

2.提高隧道配电线路技术人员的专业能力

我国施工企业在进行隧道工程建设时，很多技术人员并没有意识到隧道配电线路建设与普通配电线路建设的区别，依然是按照传统经验进行施工建设，不能因地制宜的进行配电线路设计，严重影响了配电线路的安全性。因此，为了能够全面提高远距离配电线路的安全性和断路器灵敏度，相关企业必须要加强对技术人员的专业能力把控。首先，要定期针对技术人员进行培训和考核，通过先进理念的普及培训，充分利用国内外的先进技术，充实隧道内远距离配电线路的施工建设，通过考核制度，也能够起到约束技术人员个人专业能力的作用；其次，完善隧道内输电线路的日常维护和检查制度，由于配电线路建设较长，使得断路器的保护机制受到了一定的阻碍，这就要求加大人员的轮流检查机制，确保能够即使发展短路故障，做出应急对策；最后，要开展施工配电线路专项设计会议，通过开展技术会议，在讨论中针对隧道实际建设，创新线路的断路器设置和应用技术。

本文以隧道内远距离配单线路的安全建设为研究内容，针对我国隧道配电线路的建设现状、配电线路断路器灵敏度核验进行了深入的分析，并具体针对提高隧道内远距离配电线路断路器灵敏度提出了针对性的可行性方法，希望能够对隧道的配电线路安全建设起到一定的积极影响。

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