直流電源系統(tǒng)斷路器的級差配合研究

楊帥

【摘 ?要】針對電力直流系統(tǒng)設(shè)計過程中保護(hù)元件如何正確選型及上下級之間選 擇性保護(hù)的配合校驗(yàn)問題，開發(fā)了一種直流電源系統(tǒng)保護(hù)元件級差配合校核軟件，實(shí)現(xiàn)了對變電站/電廠直流系統(tǒng)線路配置設(shè)計、保護(hù)元件選型、靈敏度和選擇性校 驗(yàn)等功能.該軟件不僅能夠?qū)σ延械闹绷麟娫聪到y(tǒng)進(jìn)行分析，同時也能夠?qū)π抡镜慕ㄔO(shè)起到輔助設(shè)計作用，是直流系統(tǒng)設(shè)計人員得力的輔助設(shè)計工具

【關(guān)鍵詞】直流級差;依據(jù)標(biāo)準(zhǔn);保護(hù)回路;級差配合

一、直流級差保護(hù)元件

直流電源系統(tǒng)中保護(hù)元件級差配合是否合理，主要是指在短路情況下，串聯(lián)在同一個支路的保護(hù)元件是否能選擇性地將短路故障快速＼準(zhǔn)確地從系統(tǒng)中切除，確保將故障縮小到最小范圍。斷路器的短路保護(hù)脫扣器動作與否，與流經(jīng)斷路器的短路電流大小有密切的關(guān)系，一旦在斷路器的脫扣線圈中產(chǎn)生足以使鐵心動作的磁場，斷路器動作將不可返回。因此，要保證直流系統(tǒng)中保護(hù)元件的級差配合滿足要求，首先，必須明確直流電源系統(tǒng)相關(guān)各點(diǎn)的短路電流值，保證斷路器短路故障時既不拒動，也不誤動，更不能越級。直流電源系統(tǒng)短路電流的計算所涉及的相關(guān)參數(shù)復(fù)雜，不確定因素諸多，尤其是各個斷路器廠家斷路器的限流系數(shù)提供的不完全，導(dǎo)致目前各設(shè)計院、成套廠或運(yùn)行單位均難以精確計算出各有關(guān)短路點(diǎn)的實(shí)際短路電流值，給斷路器的選擇和級差配合以及斷路器靈敏度系數(shù)計算校驗(yàn)帶來相當(dāng)大的困難。

二、當(dāng)前依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

開發(fā)直流電源系統(tǒng)保護(hù)元件級差配合測試驗(yàn)裝置，主要依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）GB14048.1—2006《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備總則》;

（2）GB14048.2—2008《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備斷路器》;

（3）GB10963.1—2005《家用及類似場所用過電流保護(hù)斷路器第1部分：用于交流的斷路器》;（4）GB10963.2—2008《家用及類似場所用過電流保護(hù)斷路器第2部分：用于交流和直流的斷路器》;

（5）DL/T5044—2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》。

斷路器的選擇性保護(hù)直流電源系統(tǒng)保護(hù)電器的級差系同一回路、同一系列保護(hù)電器上下級額定電流的等級之差。首先應(yīng)明確所用保護(hù)電器的型式（熔斷器或斷路器等），其次是該型式系列產(chǎn)品的型號和額定電流的規(guī)格。如果下級負(fù)載發(fā)生短路故障時，下級的斷路器瞬動，而此故障電流也要流經(jīng)上一級線路。如果上一級斷路器無短路短延時，則下級發(fā)生故障的瞬間，會與下級斷路器一起跳閘;如果上一級斷路器具有短路短延時功能，當(dāng)下級斷路器跳閘時，在下級斷路器分?jǐn)鄤幼鲿r間內(nèi)，上級斷路器保持不動作，這種配合稱為選擇性保護(hù)。級差配合校驗(yàn)系統(tǒng)就是校驗(yàn)變電站直流電源系統(tǒng)上下級斷路器的配合關(guān)系，判斷其是否有選擇性。為了適應(yīng)新頒DL/T5044-2003《電力工程直流設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱設(shè)計規(guī)程）有關(guān)規(guī)定，驗(yàn)證變電站直流系統(tǒng)中斷路器和熔斷器幾種典型的級差配置方案是否滿足選擇性保護(hù)的要求，探索直流斷路器之間的級差配合、直流斷路器與熔斷器的配合及其上下級之間的選擇配置，選擇了石家莊供電公司所轄變電站直流系統(tǒng)中部分直流斷路器、熔斷器的典型保護(hù)級差配合方案進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，并對具備延時功能的三段式直流斷路器也進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)了實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)的配合條件。

三、直流斷路器的動作特性

斷路器的動作特性斷路器俗稱空氣開關(guān)，主要于電路發(fā)生過載和短路等情況時自動分?jǐn)嚯娐?，是低壓交直流配電系統(tǒng)的重要保護(hù)元件，具有過載反時限動作斷開和短路快速切除的保護(hù)功能。斷路器主要技術(shù)參數(shù)包括分?jǐn)嗄芰Α⑾蘖髂芰?、使用壽命和動作特性，其中動作特性最為重要。根?jù)動作特性，斷路器一般可分為兩段保護(hù)型與三段保護(hù)型。兩段保護(hù)型斷路器的動作特性曲線由過載長延時段和短路瞬時保護(hù)段組成。

四、保護(hù)回路 級差配合存在的主要問題

由于變電站直流系統(tǒng)供電內(nèi)容多，回路分布廣，在一個直流網(wǎng)絡(luò)中往往有許多支路需要設(shè)置斷路器或熔斷器進(jìn)行保護(hù)，并往往分成三級或四級串聯(lián)，這就存在著正確選擇保護(hù)方案和保護(hù)上下級之間的配合問題。

1、交直流斷路器混用

由于交、直流的燃弧及熄弧過程不同，額定值相同的交直流斷路器開斷直流電源的能力并不完全一樣，用交流斷路器代替直流斷路器或交、直流斷路器混用是保護(hù)越級誤動的主要原因之一。斷路器瞬時動作采用磁脫扣原理，判據(jù)為通過的電流峰值，斷路器標(biāo)定的額定值為有效值，而交流電的峰值高于有效值，在相同定值下，在直流回路中交流斷路器實(shí)際額定值高于直流斷路器。另外，因交流斷路器與直流斷路器滅弧原理不同，交流斷路器用于直流回路不能有效、可靠地熄滅直流電弧，容易造成上級越級動作。

2 斷路器質(zhì)量及參數(shù)問題

不同廠家提供的斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)是在產(chǎn)品型式試驗(yàn)時得到的，且校驗(yàn)熔斷器的分?jǐn)嗄芰κ窃诮涣麟娫粗芷诜至坑行е迪伦龅模垠w動作選擇配合特性曲線也是交流安秒特性曲線。這與變電站直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時的實(shí)際情況有一定差距。各斷路器廠家及設(shè)計手冊提供的級差配合是按同一型號、同熔體材料確定上、下級差，從而保證滿足選擇性的，當(dāng)回路中有不同類型的斷路器時，斷路器之間的級差配合更應(yīng)引起高度重視。同時，由于目前低壓電器生產(chǎn)廠家較多，不能完全保證產(chǎn)品質(zhì)量，所以即使同一廠家、同一型號的熔體，其參數(shù)也有一定的分散性。

3 ?上、下級間的額定值級差選擇不當(dāng)

斷路器采用熱效應(yīng)原理，而斷路器是磁效應(yīng)與熱效應(yīng)相結(jié)合，安秒特性曲線不同，配合級差也不同。對于斷路器之間、斷路器與熔斷器之間的級差配合不應(yīng)照搬熔斷器間的配合規(guī)定。

五、直流系統(tǒng)級差保護(hù)方案的建議

5.1熔斷器與熔斷器配合

應(yīng)選用正規(guī)生產(chǎn)廠家同廠、同型號的產(chǎn)品，可方便地用于對變電站原有熔斷器的統(tǒng)一更換工作。但對于新建站，由于熔斷器均為設(shè)備自帶，難以保證同廠、同型號，特別是難以保證設(shè)計規(guī)范要求的？？ 各熔件材料相同？？的要求，因此，不同廠家、型號的熔斷器配合，應(yīng)加大級差。

5.2熔斷器與斷路器（兩段式）間及同型兩段式斷路器間的配合除應(yīng)按設(shè)計規(guī)程執(zhí)行外，還應(yīng)核定最大短路電流不應(yīng)超過上級元件額定電流的8～ 10 倍。

5.3 不同型號斷路器的配合

應(yīng)考慮斷路器的固有動作時間，必須保證上級斷路器固有動作時間不小于下級固有動作時間。推薦采用上級塑殼式斷路器、下級微型斷路器的配合。

5.4 三段式斷路器

采用三段式斷路器可以實(shí)現(xiàn)小級差配合，而且不必考慮短路電流的影響，能夠適應(yīng)設(shè)計規(guī)程關(guān)于直流分電屏設(shè)計方案中多級配合的要求。

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（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）