變電站直流系統(tǒng)斷路器級(jí)差配合研究

何黎彬 羅易

[摘 ? ?要]根據(jù)我國變電站對(duì)于系統(tǒng)配置的要求，對(duì)上海變電站的實(shí)際配置進(jìn)行了研究分析，將直流系統(tǒng)對(duì)變電站帶來的影響進(jìn)行了闡述，同時(shí)解釋級(jí)聯(lián)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及選擇斷路器的方法，為變電站的工作提供了相關(guān)的參考設(shè)計(jì)方案。

[關(guān)鍵詞]變電站;直流系統(tǒng);斷路器

[中圖分類號(hào)]TM71 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]According to the requirements of substation configuration in China， this paper studies and analyzes the actual configuration of Shanghai substation， and expounds the influence of DC system on substation. At the same time， explain to you what the advantages of cascade technology. It also tells you how to choose circuit breaker， which provides the relevant reference design scheme for substation to work separately.

[Keywords]substation; DC system; circuit breaker

變電站在運(yùn)行過程當(dāng)中通常都是通過直流系統(tǒng)為設(shè)備提供各種信號(hào)及電源的，直流系統(tǒng)可以說是整個(gè)電力系統(tǒng)中非常重要的部分，變電站如果出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)讓電源信號(hào)消失，而直流電源則作為一種二次保護(hù)系統(tǒng)，是一種非常重要的后備電源。直流系統(tǒng)的性能相對(duì)來說非常安全，運(yùn)作起來也很可靠，對(duì)于變電站來說有著非常重要的作用。直流斷路器主要是一種裝置性元件，是為了讓一些線路出現(xiàn)短路等故障時(shí)能夠切除故障負(fù)荷。斷路器的型號(hào)在選擇時(shí)要分析它的電流等技術(shù)指標(biāo)，保證其有著良好的級(jí)差配合，才能夠?qū)⒐收峡刂圃谧钚〉姆秶鷥?nèi)。防止故障擴(kuò)大，避免系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰的情況，選擇合理斷路器配置能讓變電站更加可靠的運(yùn)行。

1 直流系統(tǒng)的級(jí)差配合及存在的問題

“低壓直流系統(tǒng)”是應(yīng)用于水力、火力發(fā)電廠，各類變電站和其他使用直流設(shè)備的用戶，為給信號(hào)設(shè)備、保護(hù)、自動(dòng)裝置、事故照明、應(yīng)急電源及斷路器分、合閘操作提供直流電源的電源設(shè)備。直流系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的電源，它不受發(fā)電機(jī)、廠用電及系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，并在外部交流電中斷的情況下，保證由后備電源——蓄電池繼續(xù)提供直流電源的重要設(shè)備。

我國科技在不斷進(jìn)步也促使了工業(yè)發(fā)展向智能化方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變，變電站在工作過程當(dāng)中要有著能夠?qū)﹄娏鬟M(jìn)行二次保護(hù)的裝置，直流系統(tǒng)通常就能夠?qū)ψ冸娬具M(jìn)行良好的二次保護(hù)。如果發(fā)電廠以及變電站等單位沒有直流電源的話，就不能使電力裝置自動(dòng)啟動(dòng)，開關(guān)不能夠正常進(jìn)行工作，設(shè)備就是處于沒有保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行的，這樣的情況很容易導(dǎo)致故障的出現(xiàn)。如果故障導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)損壞會(huì)擴(kuò)大事故，從而使得一些較為嚴(yán)重的后果出現(xiàn)。我國發(fā)生了很多因?yàn)橹绷麟娫礋龤гO(shè)備，導(dǎo)致事故發(fā)生的案例。

之前就有一個(gè)變電站因?yàn)楣收献屧O(shè)備出現(xiàn)爆炸的情況，但是蓄電池沒有足夠的直流電來中斷事故，所以導(dǎo)致很多設(shè)備燒毀，造成非常大的經(jīng)濟(jì)損失。上海地區(qū)某220 kV及以下電壓等級(jí)變電站的支流保護(hù)劃分為三個(gè)級(jí)別，而后面的兩個(gè)等級(jí)都運(yùn)用直流斷路器，上下級(jí)相互間也有一定的級(jí)差配合選擇。一般而言，簡(jiǎn)單回路中僅借用電流級(jí)差就能夠充分滿足電網(wǎng)運(yùn)行的選擇性要求。但在直流電源系統(tǒng)容量比較大或是比較復(fù)雜的系統(tǒng)里，直流電源系統(tǒng)還要求運(yùn)用級(jí)差配合才可以滿足這些選擇要求。

2 直流系統(tǒng)的級(jí)差配合可能存在的問題

變電站的直流系統(tǒng)一般都是通過熔斷器進(jìn)行保護(hù)的，但是直流斷路器才是市場(chǎng)上主流的保護(hù)裝置，直流斷路器的反時(shí)限特點(diǎn)讓其短路電流到達(dá)一定數(shù)值時(shí)就可以自動(dòng)跳閘。上下級(jí)分路器容易引起變電站的直流系統(tǒng)發(fā)生故障，出現(xiàn)越級(jí)跳閘的情況，讓設(shè)備的保護(hù)控制回路等裝置容易出現(xiàn)停電情況，所以這些設(shè)備就不能夠正常運(yùn)行。直流系統(tǒng)的斷路器保護(hù)應(yīng)該如何配合出現(xiàn)的故障就成為了現(xiàn)在需要解決的問題。變電站內(nèi)直流負(fù)荷相對(duì)來說是非常多的，所以很多回路都是串聯(lián)起來，形成斷路器聯(lián)級(jí)。上下級(jí)支架的配合如果出現(xiàn)問題，容易使設(shè)備出現(xiàn)越級(jí)故障，從而使得設(shè)備出現(xiàn)越級(jí)跳閘熔斷事故，這主要因?yàn)榕浜喜划?dāng)導(dǎo)致的。

變電站的直流系統(tǒng)分布廣泛，在進(jìn)行供電時(shí)也有著很多的回路，在直流電路中必須要有著熔斷器或者斷路器對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，它們通常采用串聯(lián)方式，這就需要選擇一個(gè)正確的保護(hù)方案，讓上下級(jí)之間能夠協(xié)調(diào)配合。

（1）交直流斷路器一般是混合使用的，因?yàn)榻涣髋c直流之間的運(yùn)作過程不同，額定值相同的斷路器開斷電源的能力也不一樣，所以不能夠用交流斷路器代替直流斷路器，更不能將斷路器混合使用，這也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)越級(jí)誤差。斷路器在運(yùn)行時(shí)主要工作原理就是磁脫扣的原理，其使用電流峰值作為標(biāo)定的有效值。交流峰值一般是高于有效值的，所以在斷路器處于定值的狀態(tài)下，直流回路中的交流斷路器的額定值大于直流斷路器的定值。另外，直流與交流斷路器之間的滅火原理都有著一定的差別，交流斷路器不能直接使用直流電弧讓電流熄滅，不然會(huì)導(dǎo)致越級(jí)動(dòng)作的出現(xiàn)。

（2）熔斷器的質(zhì)量參數(shù)問題也是要引起重視的，熔斷器技術(shù)數(shù)據(jù)都是在產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)得出的，熔斷器一般要在有效值內(nèi)的交流電源中進(jìn)行運(yùn)作，在運(yùn)作時(shí)它都有著一個(gè)正確的特性曲線，電站直流系統(tǒng)出現(xiàn)各種故障的原因與情況都有著一定的差別。熔斷器廠家所設(shè)計(jì)的設(shè)備都是按同一型號(hào)和規(guī)格進(jìn)行的，如果熔斷器回路中有著不同類型或者級(jí)差配合時(shí)則需要引起重視。從目前情況來看，生產(chǎn)低壓電器的廠家是非常多的，但是產(chǎn)品質(zhì)量無法得到保證，廠家生產(chǎn)的每個(gè)設(shè)備在參數(shù)上都會(huì)有一定的差別。

（3）上、下級(jí)間設(shè)備額定值極差在選擇時(shí)也要引起重視，避免出現(xiàn)選擇不當(dāng)?shù)那闆r。熔斷器的主要工作原理就是熱效應(yīng)，斷路器將熱效應(yīng)和磁效應(yīng)兩個(gè)有著不同特點(diǎn)的工作原理進(jìn)行結(jié)合，它們的特性曲線以及極差都不相同，所以在進(jìn)行配合工作時(shí)不能只考慮一種設(shè)備的規(guī)定。

3 斷路器級(jí)差配合的原則和建議

3.1 原則

直流斷路器在設(shè)計(jì)與選擇過程當(dāng)中的主要依據(jù)是它的產(chǎn)品參數(shù)，而性能指標(biāo)的產(chǎn)品參數(shù)一般都是由廠商提供的。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，首先要選擇參數(shù)指標(biāo)符合要求的斷路器，指標(biāo)必須是按照國家標(biāo)準(zhǔn)來認(rèn)定的。斷路器在生產(chǎn)過程當(dāng)中也要按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，各部件在配置時(shí)要對(duì)極差配合進(jìn)行準(zhǔn)確的校驗(yàn)。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定以及相關(guān)的保護(hù)配合規(guī)則要求，在直流斷路器的上一級(jí)安裝熔斷器，斷路器的電流應(yīng)該設(shè)定為直流斷路器的倍級(jí)以上。如果要將直流斷路器熱到熔斷器的上一級(jí)時(shí)，那直流斷路器的電流應(yīng)該是熔斷器的倍級(jí)以上。斷路器在選擇過程當(dāng)中如果出現(xiàn)短路情況，脫扣器的上下級(jí)配合系數(shù)要呈現(xiàn)等于或者大于狀態(tài)。

3.2 建議

變電站的直流系統(tǒng)分布廣泛，在進(jìn)行供電時(shí)也有著很多的回路，在直流電路中必須要有熔斷器或者斷路器對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，它們通常會(huì)串聯(lián)，這就需要選擇一個(gè)正確的保護(hù)方案，讓上下級(jí)之間能夠協(xié)調(diào)配合。通過對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，上海變電站系統(tǒng)在上下級(jí)配合上存在著以下幾個(gè)問題：三級(jí)和四級(jí)的配合情況有一定問題，應(yīng)該將三級(jí)配合盡量簡(jiǎn)化為，三級(jí)配合的回路中一般都是采用直流斷路器配合模式。不過通常情況下，上一級(jí)如果選擇的是直流斷路，那么下一級(jí)也應(yīng)該使用直流斷路器，否則不能滿足級(jí)差配合需要。上級(jí)為直流斷路器，下級(jí)只能夠安裝直流斷路器，且要選擇同一廠家的產(chǎn)品。變電站在進(jìn)行直流系統(tǒng)供電時(shí)，有許多支路需要對(duì)斷路器進(jìn)行保護(hù)，所以如何選擇一個(gè)良好的保護(hù)方案，讓上下級(jí)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，是需要進(jìn)行研究的問題。上海變電站應(yīng)該改變?nèi)?jí)四級(jí)電路之間的配合方案，四級(jí)的直流斷路器電流大于三級(jí)額定值是不符合極差配合規(guī)定的，在工程設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)該避免這種情況出現(xiàn)。變電站已經(jīng)很少使用二級(jí)、三級(jí)熔斷器和斷路器進(jìn)行配合，一級(jí)和二級(jí)之間的配合大多是使用熔斷器，二級(jí)則是使用斷路器。實(shí)驗(yàn)表明，一級(jí)二級(jí)之間的選擇性還是比較高的。

4 結(jié)語

根據(jù)我國變電站對(duì)于系統(tǒng)配置的要求，對(duì)上海變電站的實(shí)際配置進(jìn)行了研究分析，將直流系統(tǒng)對(duì)變電站帶來的影響進(jìn)行了闡述，同時(shí)解釋級(jí)聯(lián)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以及選擇斷路器的方法。對(duì)實(shí)驗(yàn)的具體資料和數(shù)據(jù)都進(jìn)行了整合和研究，從而提出了變電站直流系統(tǒng)應(yīng)該如何選用設(shè)備，同時(shí)對(duì)怎樣進(jìn)行極差之間的保護(hù)配合提出了參考意見，希望能夠?qū)ψ冸娬竟ぷ饔兄欢ǖ耐七M(jìn)作用。

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