電力工程直流電源保護電器級差配合的有關(guān)問題

馬濤

（大連市旅順電力電子設(shè)備有限公司）

電力工程直流電源保護電器級差配合的有關(guān)問題

馬濤

（大連市旅順電力電子設(shè)備有限公司）

本文對變電站內(nèi)直流電源設(shè)備各保護電器級差配合問題進行了相關(guān)討論，并對應(yīng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定提出了解決方案。

直流電源；級差配合

1 概述

當(dāng)前由閥控式密封鉛酸蓄電池、高頻開關(guān)整流器、直流電源監(jiān)控裝置、直流斷路器或熔斷器構(gòu)成的直流電源系統(tǒng)，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)電廠、變電所不可缺少的必要裝備。直流電源在電力工程和電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)中的作用以及直流電源各個環(huán)節(jié)的可靠性不再論述?，F(xiàn)僅將直流電源保護電器級差配合的有關(guān)問題，論述如下：

蓄電池在直流電源系統(tǒng)的應(yīng)用也有50多年歷史，基本上是采用刀開關(guān)+熔斷器的配電系統(tǒng)，接線上也多采用端電池調(diào)節(jié)，控制和合閘母線，以及環(huán)形供電，熔斷器保護理論上在大于1.6倍In的級差配合的條件下應(yīng)該是可靠的，運行維護上只是一個定期更換同一廠家熔斷器即可，那時的人們也十分重視熔斷器的安秒特性曲線。

20世紀(jì)80年代已采用交流斷路器和高分?jǐn)嗄芰Φ慕涣魅蹟嗥鳎?0年代中期又大量采用交直流兩用斷路器和直流斷路器，近年來又因直流斷路器瞬動電流不易整定又大量采用熔斷器或與斷路器混裝。具體情況是蓄電池出口害怕斷路器瞬動脫扣誤動，要求拆除瞬動脫扣或要求一定要裝熔斷器。直流母線進出線保護電器，從便于安裝和操作方便的需要，也從刀開關(guān)+熔斷器改為斷路器，由于安裝處短路電流差別不大，斷路器瞬動脫扣器的整定重視不夠，負(fù)荷側(cè)（指成套保護裝置、高壓斷路器等）的直流電源保護電器，大多數(shù)成套廠配置為熔斷器；但近年來，各成套廠和高壓斷路器廠也多更換為不同品牌的直流斷路器或交流或交直流兩用斷路器。

上述問題，造成了直流電源配電系統(tǒng)的保護級差配合問題顯現(xiàn)出來了。

2 級差配合問題的復(fù)雜性

（1）接線復(fù)雜。原則上應(yīng)該簡化接線即蓄電池接單母線運行輻射供電。但是目前的控制合閘母線環(huán)形供電；硅降壓，閃光母線不變的情況下，強制將熔斷器改為直流斷路器級差配合是十分復(fù)雜的，短路電流無法計算，控母合母饋線用斷路器，控母閃光合用斷路器無法整定瞬動脫扣器等一系列問題沒有很好解決。

（2）交流或交直流兩用斷路器應(yīng)用在直流電源中，其降容能力、臨介分?jǐn)嗄芰]有產(chǎn)品數(shù)據(jù)，試驗證明交流斷路器的分?jǐn)嗄芰H為直流斷路器的分?jǐn)嗄芰Φ?/5～1/8，額定電流分?jǐn)嘀绷麟娏骰」庖馃龎挠|頭現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，全分?jǐn)鄷r間的不確定性，也是級差配合中的難題。

（3）熔斷器保護由于特性的不穩(wěn)定性，溫度和濕度的影響較大，而且和接觸松緊及熔牌是否經(jīng)受過大電流沖擊損傷有關(guān)，必須定期更換合格產(chǎn)品。

（4）熔斷器和直流斷路器混裝且品牌不成系列，安秒特性的不完善也給級差配合帶來困難。

（5）直流電源負(fù)荷側(cè)的成套繼電保護和自動裝置保護電器是由成套廠選用，往往是從供電可靠性出發(fā)，而不按滿足最大負(fù)荷電流的選擇原則，選用了較大額定電流的保護電器，并且有多路供電的要求，這給直流電源饋線保護電器的選擇和級差配合出了難題。

（6）短路電流計算和實測的復(fù)雜性，蓄電池內(nèi)阻是動態(tài)的，計算中無法取得準(zhǔn)確值，回路電阻值包括斷路器內(nèi)阻以及限流性能（斷路器分?jǐn)鄷r的電弧限流，熔斷器承受沖擊電流使熔片改變特性的限流等）都給短路電流計算帶來困難，因此脫扣器的整定和靈敏度檢驗也十分困難。

（7）不同保護電器有不同的保護特性和離散特性，例如直流斷路器瞬動脫扣電流按制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：直流微型斷路器為7～15In，塑殼斷路器為8～12In，短路電流大小也對斷路器的全分?jǐn)鄷r間有一定分散性。

（8）直流電源設(shè)備投運前的安裝調(diào)試中，也不進行任何保護級差配合的調(diào)試工作。

3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

3.1 《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T5644-2004）

6．1保護規(guī)定采用直流斷路器或熔斷器：

（1）熔斷器在上而直流斷路器在下時，熔斷器為直流斷路器額定電流的2倍以上。

（2）直流斷路器上而熔斷器在下時，直流斷路器額定電流應(yīng)為熔斷器額定電流的4倍以上。

7．5規(guī)定了直流斷路器選擇原則：

經(jīng)受沖擊電流的安全性，級差配合，斷流能力、選擇性+靈敏度計算。

7．6規(guī)定了熔斷器選擇原則：

隔離電器、報警觸點、斷流能力、級差配合。

3.2 國電發(fā)[2000]589號《防止電力生產(chǎn)重大事故的25項重點要求》

10防止汽輪大軸彎曲，軸瓦燒損事故：

要求直流電源系統(tǒng)應(yīng)有足夠容量，其各級熔斷器應(yīng)合理配置，防止故障時熔斷器熔斷而失電。

13防止繼電保護事故：

要求保證繼電保護操作電源的可靠性。

20防止樞紐變電所全停電事故：

要求2組蓄電池，3臺充電裝置。

直流母線分段運行，每段母線應(yīng)分別蓄電池供電，母線設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，正常運行處于斷開位置。

直流熔斷器應(yīng)按有關(guān)規(guī)定分組配置，加強直流熔斷器的管理，對直流熔斷器應(yīng)采用合格的產(chǎn)品，防止因直流熔斷器不正常熔斷而擴大事故。

23防止全廠停電事故：

要求加強蓄電池和直流系統(tǒng)（含逆變電源）的維修。

3.3 國網(wǎng)公司文件

反措：

11規(guī)定上下級熔體應(yīng)滿足選擇性配合要求，一個站原則上選用同一制造廠系列產(chǎn)品，同一支路空氣開關(guān)和熔斷器不宜混用，嚴(yán)禁采用交流空氣斷路器。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

5．3嚴(yán)禁使用交流斷路器，交直流斷路器應(yīng)滿足開斷直流回路短路電流和動作選擇性要求。

斷路器熔斷器具有安秒特性曲線，上下級大于2級配合級差，并應(yīng)滿足選擇性。

防止混裝，尤其不應(yīng)在空氣斷路器的上級使用熔斷器。

3.4 《電力系統(tǒng)直流電源柜定貨技術(shù)條件》（DL/T459-2000）

5．3．2．4直流斷路器、熔斷器應(yīng)具有安—秒特性曲線，上下級應(yīng)大于2級的配合級差。

4 級差配合的解決辦法

（1）簡化直流電源接線，從蓄電池到負(fù)荷2～3級最好，最多不應(yīng)超過4級，當(dāng)然取消控母合母分設(shè)，取消硅降壓，閃光獨立供電，按規(guī)程取消保護，取消環(huán)形供電改輻射供電。

（2）新設(shè)計的工程，應(yīng)按規(guī)程的規(guī)定進行。

（3）現(xiàn)有工程，找出共同點和不放心的配置方案，做些具體試驗研究工作，重點解決如下問題：

①蓄電池出口保護要計算短路電流，正確選擇保護電器。

②直流母線進線和出線之間的級差（短路電流基本一樣）。

③直流電源末級與直流負(fù)荷當(dāng)出現(xiàn)直流負(fù)荷有并聯(lián)支路時需要解決。

④各種保護電器內(nèi)阻和限流特性。

⑤短路電流的計算值（預(yù)期值）與實測值的關(guān)系。

⑥各種保護電器的動作特性。

（4）統(tǒng)一選用全系列熔斷器，級差配合是比較方便的，但裝直流隔離電器和饋線宜裝輔助報警觸點的要求有一定困難。定期維護更換的工作也很難做。

（5）直流斷路器過載長延時保護和熔斷器一樣，級差配合容易選擇，但短路瞬動脫扣整定的級差配合有一定困難，用短路電流校驗靈敏度其結(jié)果可能有兩種情況：①短路電流大，靈敏度高>1.25，而按額定電流選擇的直流斷路器有越級可能，設(shè)計規(guī)程要求提高上級直流斷路器額定電流，一些單位也有采用將上級直流斷路器拆除瞬動脫扣器的辦法，或者要廠家提高瞬動脫扣整定值的辦法，近來用這種辦法的人少了，主要是訂貨非標(biāo)的麻煩。②短路電流小，靈敏度<1.25，這種情況主要是因為蓄電池容量小或系統(tǒng)回路電阻大，這種情況也有要求降低瞬動脫扣整定值的辦法或認(rèn)真根據(jù)負(fù)荷電流減小額定電流的選擇，否則瞬動脫扣不具備保護能力。

（6）短路電流相近的上下級直流斷路器，或一路上級給我分支下級供電時，其上級選用具有短路延時特性的直流斷路器。當(dāng)和路發(fā)生在下一級的直流斷路器的負(fù)荷側(cè)時，上級斷路器工作在短延時的范圍內(nèi)，在下級斷路器將短路故障切除后，上級斷路器可以從動作狀態(tài)自動返回到工作狀態(tài)，避免了越級誤動。并不是任何短路電流下均不動作，當(dāng)短路電流太大時（大于60In或以上）還是要瞬動的，這是直流斷路器耐受能力的需要。實際上這種情況在實用中是不會出現(xiàn)的。

5 小結(jié)

直流電源保護電器的選擇，要研究各種保護電器的特性，然后從系統(tǒng)上研究級差配合的問題。加強運行維護的管理，達(dá)到安全運行的目的。

[1]《電力系統(tǒng)直流電源柜定貨技術(shù)條件》（DL/T459-2000）.

[2]《防止電力生產(chǎn)重大事故的25項重點要求》國電發(fā)[2000]589號.

[3]《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T5044-2004）.（中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會）2004.

TM46

A

1004-7344（2016）09-0227-02

2016-3-11

馬濤，男，從事多年直流電源設(shè)計、維護工作，有著堅實的理論基礎(chǔ)及豐富的工作經(jīng)驗，為多家變電站、電廠及直流用戶提出改造方案，并予以實施。