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(hù)電器級(jí)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(duì)變電站內(nèi)直流電源設(shè)備各保護(hù)電器級(jí)差配合問題進(jìn)行了相關(guān)討論，并對(duì)應(yīng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定提出了解決方案。

直流電源；級(jí)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(gè)環(huán)節(jié)的可靠性不再論述?，F(xiàn)僅將直流電源保護(hù)電器級(jí)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(hù)理論上在大于1.6倍In的級(jí)差配合的條件下應(yīng)該是可靠的，運(yùn)行維護(hù)上只是一個(gè)定期更換同一廠家熔斷器即可，那時(shí)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(dòng)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(dòng)脫扣誤動(dòng)，要求拆除瞬動(dòng)脫扣或要求一定要裝熔斷器。直流母線進(jìn)出線保護(hù)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(dòng)脫扣器的整定重視不夠，負(fù)荷側(cè)（指成套保護(hù)裝置、高壓斷路器等）的直流電源保護(hù)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(hù)級(jí)差配合問題顯現(xiàn)出來了。

2 級(jí)差配合問題的復(fù)雜性

（1）接線復(fù)雜。原則上應(yīng)該簡(jiǎn)化接線即蓄電池接單母線運(yùn)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(qiáng)制將熔斷器改為直流斷路器級(jí)差配合是十分復(fù)雜的，短路電流無法計(jì)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(dòng)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(yàn)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(shí)間的不確定性，也是級(jí)差配合中的難題。

（3）熔斷器保護(hù)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(jí)差配合帶來困難。

（5）直流電源負(fù)荷側(cè)的成套繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置保護(hù)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(hù)電器，并且有多路供電的要求，這給直流電源饋線保護(hù)電器的選擇和級(jí)差配合出了難題。

（6）短路電流計(jì)算和實(shí)測(cè)的復(fù)雜性，蓄電池內(nèi)阻是動(dòng)態(tài)的，計(jì)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(shí)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(jì)算帶來困難，因此脫扣器的整定和靈敏度檢驗(yàn)也十分困難。

（7）不同保護(hù)電器有不同的保護(hù)特性和離散特性，例如直流斷路器瞬動(dòng)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(duì)斷路器的全分?jǐn)鄷r(shí)間有一定分散性。

（8）直流電源設(shè)備投運(yùn)前的安裝調(diào)試中，也不進(jìn)行任何保護(hù)級(jí)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(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T5644-2004）

6．1保護(hù)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(shí)，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(shí)，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(jí)差配合，斷流能力、選擇性+靈敏度計(jì)算。

7．6規(guī)定了熔斷器選擇原則：

隔離電器、報(bào)警觸點(diǎn)、斷流能力、級(jí)差配合。

3.2 國電發(fā)[2000]589號(hào)《防止電力生產(chǎn)重大事故的25項(xiàng)重點(diǎn)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(jí)熔斷器應(yīng)合理配置，防止故障時(shí)熔斷器熔斷而失電。

13防止繼電保護(hù)事故：

要求保證繼電保護(hù)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(tái)充電裝置。

直流母線分段運(yùn)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(yùn)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(qiáng)直流熔斷器的管理，對(duì)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(kuò)大事故。

23防止全廠停電事故：

要求加強(qiáng)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(jí)熔體應(yīng)滿足選擇性配合要求，一個(gè)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(dòng)作選擇性要求。

斷路器熔斷器具有安秒特性曲線，上下級(jí)大于2級(jí)配合級(jí)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(jí)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(jí)應(yīng)大于2級(jí)的配合級(jí)差。

4 級(jí)差配合的解決辦法

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

（2）新設(shè)計(jì)的工程，應(yīng)按規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行。

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

①蓄電池出口保護(hù)要計(jì)算短路電流，正確選擇保護(hù)電器。

②直流母線進(jìn)線和出線之間的級(jí)差（短路電流基本一樣）。

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

④各種保護(hù)電器內(nèi)阻和限流特性。

⑤短路電流的計(jì)算值（預(yù)期值）與實(shí)測(cè)值的關(guān)系。

⑥各種保護(hù)電器的動(dòng)作特性。

（4）統(tǒng)一選用全系列熔斷器，級(jí)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(bào)警觸點(diǎn)的要求有一定困難。定期維護(hù)更換的工作也很難做。

（5）直流斷路器過載長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)和熔斷器一樣，級(jí)差配合容易選擇，但短路瞬動(dòng)脫扣整定的級(jí)差配合有一定困難，用短路電流校驗(yàn)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(jí)可能，設(shè)計(jì)規(guī)程要求提高上級(jí)直流斷路器額定電流，一些單位也有采用將上級(jí)直流斷路器拆除瞬動(dòng)脫扣器的辦法，或者要廠家提高瞬動(dòng)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?yàn)樾铍姵厝萘啃』蛳到y(tǒng)回路電阻大，這種情況也有要求降低瞬動(dòng)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(dòng)脫扣不具備保護(hù)能力。

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

5 小結(jié)

直流電源保護(hù)電器的選擇，要研究各種保護(hù)電器的特性，然后從系統(tǒng)上研究級(jí)差配合的問題。加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)的管理，達(dá)到安全運(yùn)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(xiàng)重點(diǎn)要求》國電發(fā)[2000]589號(hào).

[3]《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(huì)）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(jì)、維護(hù)工作，有著堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)及豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，為多家變電站、電廠及直流用戶提出改造方案，并予以實(shí)施。