广深电气直流屏技术中心

 一．分析简述

某电厂公司进行安全性评价，自查整改中发现部分直流断路器级差配合不合理，将此列为安全隐患，为此进行保护电器级差配合特性和直流断路器的选择原则详细分析

二．保护电器级差配合描述

1.系统组成及运行方式

  该电厂公司的直流电源系统共分为5个部分；地下厂房220V直流电源系统；继电保护楼220V直流电源系统；上库48V直流电源系统；中控楼48V直流电源系统；35KV坎顶变电站110v直流电源系统。相互之间没有直接的电气联系。

  该电厂公司地下厂房220v直流电源系统配置：两组蓄电池，两组充电机组；，单母线分段运行。蓄电池组：容量1200Ah/每组，每组108只，设单独的蓄电池室。每组充电装置组分为：控母充电机，共1台ATC230M20型充电机；合母充电机，共9台ATC230M20型充电机。每段直流母线配两面馈线屏。

2保护电器配置描述

 地下厂房220v直流电源系统，容量最大，用户最多，结构最复杂，以地下厂房220V直流电源系统为例，对直流断路器级差配合进行分析。

  地下厂房220V直流电源系统直流断路器的配置为4级组成。

（1）    第1级为蓄电池的熔断器和充电机的直流断路器；

（2）    第2级为直流馈线屏的熔断器和直流断路器

（3）    第3级为直流分屏的熔断器和直流断路器

（4）    第4级为保护屏及其他屏的熔断器和直流断路器

这4级按树状接线，进行辐射供电。每一级上并联有几个至几十个熔断器和直流断路器，他们互相影响，构成一个整体。

   目前，地下厂房220V直流系统所采用的各级直流断路器规格型号，以部分直流断路器为例；

第1级：充电机出口的熔断器，直流断路器和蓄电池组出口熔断器配置如表6-2所示

表6-2 充电机出口的熔断器，断路器和蓄电池组出口熔断器配置

   第2级：直流I段配电屏的直流断路器配置如图6-3所示

表6-3          直流I段配电屏的直流断路器配置、

第3级：LCU1直流配电盘的直流断路器配置如表6-4所示

表6-4    LCU1直流配电盘的直流断路器配置

 第4级：各保护盘柜，设备盘柜内的直流电源断路器配置如表6-5所示

表6-5  各保护盘柜，设备盘柜内的直流电源断路器配置

三 保护电器级差配合特性分析

下面从几个方面对保护电器级差配合特性进行分析

1．交 直流断路器混用

（1）    断路器的功能。断路器是用于当电路中发生过载，短路和欠压等不正常情况时，能自动分断电路的电器，也可以用作不频繁地启动电动机或接通，分断电路。它是低压交，直流配电系统中的重要保护器件之一。具有过载反时限动作断开和短路快速切除的保护功能。

（2）    断路器的特征。交，直流断路器的燃弧及熄弧过程不同。

1）由于直流短路电流的灭弧比交流困难，不像交流电流有过零的特征，容易熄弧。所以直流开关的开断距离要大于交流断路器。为更好的提供灭弧能力，在直流断路器的消弧槽内附加了恒定磁场，它可与直流电弧作用在灭弧室内，使之更容易灭弧，因此，直流断路器的接线是有极性要求，不能接反。

2）交流断路器与直流断路器灭弧原理不同，交流断路器用于直流回路中不能有效，可靠地熄灭电流电弧，容易造成上，下级越级动作

在本次检查中，并未发现有交流空气断路器用于直流系统的现象

1.      直流断路器的特性问题

各直流断路器厂家及设计手册提供的级差配合是按同一型号，同熔体材料确定上下级级差，从而保证能够满足保护的选择性，当回路中的不同类型的直流断路器时，级差配合应引起高度重视。目前，该电厂所用的直流断路器动作特性，主要是B特性和C特性

3 直流断路器的特性分析

 部分直流断路器额定电流配置不合理，如LCU直流配电盘上直流III,IV段电源直流断路器为C20A,其下级直流断路器为C6A,C10A,C16A \,C20A 难与其下级C16A配合，建议换成C32A

四．直流断路器的选择原则与建议

  1直流断路器级差的含义

 直流系统断路器的级差是指所采用同一系列直流断路器上下级的额定电流等级之差。

  2直流断路器额定电流的选择

   一个站的直流系统所选直流断路器的级数最多不宜超过4级。保护电器级数是指从蓄电池总出口到直流负荷端其区间的直流断路器串联的数量。先根据相关规程规范选择蓄电池出口及直流负荷端直流断路器额定电流，然后，对于在中间的直流断路器根据各级短路电流值进行合理配置 。

（1）    蓄电池组出口回路：直流断路器的额定电流应按蓄电池1H放电电流值；即铅酸蓄电池可取5.5I_10，中倍率镉镍碱性蓄电池可取7.0 I₅.高倍率碱性镉镍蓄电池可取20.0 I₅.

（2）    充电装置输出回路：直流断路器额定电流应按充电装置额定输出电流的1.2倍选择

（3）    直流电动机回路 :直流断路器额定电流应按直流电动机额定电流选择

（4）    断路器电磁机构的合闸回路：直流断路器额定电流应按电磁机构合闸电流的0.3倍选择

（5）    直流分电柜电源回路

1）直流断路器额定电流按直流分电柜上全部用电回路的计算电流之和选择；

2）为了保证保护电器动作选择性的要求，直流断路器的额定电流还应大于直流分电柜馈线直流断路器的额定电流，他们之间的电流级差不宜小于4级

2.      直流断路器选择原则

当直流回路出现故障时，能迅速，准确，可靠地将故障电流从系统中切断，使故障区域缩小到最小范围，要求直流断路器不能拒动，也不能误动，更不能越级误动

3.      直流系统级差的配合

为了解决直流断路器保护级差配合及满足动作选择性要求，部分厂家或运行单位往往采用加大断路器上下级额定电流之间的级差来满足选择性的要求，这并不合理，其对此进行分析；

（1）    加大级差是有限制的，一般情况下为2-4级，而不是无限制的；

（2）    在某些情况下，加大级差对直流回路保护是不利的，尤其是电源端和负载端，假如为了满足保护级差配合和动作选择性的要求，将断路器的额定电流随意加大级差，当发生故障，其故障电流达不到断路器故障瞬时动作电流值，就只能靠断路器过载长延时保护来实现断路器脱扣，这样长时间通过故障电流会造成电力系统严重过载或者短路等后果

同样，直流电源系统最末端的保护即负载端也不能随意加大直流断路器的额定电流，应按照有关规程规定选择直流断路器的额定电流。如果直流断路器的额定电流大于用电设备的实际电流，在回路发生故障时将失去动作的选择性，造成拒动

4.      建议

(1)   新，扩建或者改造的变电站直流系统用断路器应采用具有自动脱扣功能的直流断路器，严禁使用普通交流断路器。应加强直流断路器上下级之间的级差配合的运行维护管理

(2)   除蓄电池组出口总熔断器外，逐步将现有运行的熔断器更换为直流专用断路器。当直流断路器与蓄电池组出口总熔断器配合时，应考虑动作特性的不同，对级差做适当调整

(3)   一个站的直流系统所选直流断路器的级数最多不宜超过4级，且宜选用用一系列产品