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某电厂直流电源系统断路器级差配合特性分析

索引:直流电源,直流断路器,直流屏故障分析,电力电源    发布日期:2018-06-30

 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1ATC230M20型充电机;合母充电机,共9ATC230M20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)    1级为蓄电池的熔断器和充电机的直流断路器;

(2)    2级为直流馈线屏的熔断器和直流断路器

(3)    3级为直流分屏的熔断器和直流断路器

(4)    4级为保护屏及其他屏的熔断器和直流断路器

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;

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

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

各电源保护电器名称

熔断器 直流断路器型号

合母充电机组熔断器FU11.12.21.22

NT1-200A

控母充电机 1QF, 2QF

S282UC-32A

蓄电池组熔断器FU13 14 23 24

NT4-800A

   2级:直流I段配电屏的直流断路器配置如图6-3所示

6-3          直流I段配电屏的直流断路器配置、

各电源保护电器名称

熔断器 直流断路器型号

PMU直流

C10A

02U+JF01电源

C10A

02U+JF01FOX电源

C10A

 1—6待定

C10A

02U+GH002

C10A

1-5待定

K20A

1号机旁CU1交流配电柜

C63A

2号机旁CU2交流配电柜

C63A

3号机旁CU3交流配电柜

C63A

4号机旁CU4交流配电柜

C63A

至副厂房63.1mlCU5交流配电柜

C63A

至副厂房63.1mlCU5交流配电柜2

C63A

至主变器80.6m0.4KV配电室直流配电柜

C63A

1-4待定

63  20

1号机直流油泵

S1-100

2号机直流油泵

S1-100

继电保护室地面

S1-125

1号机起励

S2-160

2号机起励

S2-160

全厂事故照明

S5-400

3级:LCU1直流配电盘的直流断路器配置如表6-4所示

6-4    LCU1直流配电盘的直流断路器配置

各电源保护电器名称

熔断器 直流断路器型号

直流一段进线直流断路器

C50A

 220V直流电压监视1

C6A

发电机,电动机保护A组直流电源1

C16A

发电机,电动机保护B组直流电源1

C16A

主变压器保护A组直流电源1

C16A

主变压器保护B组直流电源1

C16A

励磁220V直流电源1

C16A

直流III段电源1

C20A

直流IV段电源1

C20A

机组220-24DC-DC变换器1 220v直流电源

C6A

发动机出口开关+2GCB-B1 220v 直流控制电压

C10A

冷却水DC-DC变换器1 220v直流电源

C6A

发动机及隔离分相母线DC-DC变换器1 220v直流电源

C10A

水轮控制柜DC-DC变换器1 220v直流电源

C10A

调速器柜DC-DC变换器1 220V直流电源

C10A

主变压器控制电源

C16A

备用

C6A

 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

6-5  各保护盘柜,设备盘柜内的直流电源断路器配置

各电源保护电器名称

熔断器 直流断路器型号

机械保护220v直流输入电压

C6A

机械保护220v直流输入电压

C6A

控制和报警信号220V直流电源

C6A

同期220V直流控制电源

C6A

发动机直流控制电源

C10A

制动开关220V直流电源

C6A

发电机A组保护220v直流控制电源

C16A

主变压器A组保护220v直流控制电源

C16A

水泵水轮机220v直流控制电源

C10A

发动机出口开关前 后启动隔离开关控制电源

C16A

发电机B组保护220v直流控制电源

C16A

主变压器B组保护220V直流控制电源

C16A

隔离分相母线220v直流控制电源

C10A

备用

C10A

1号机故障录波电源

C6A

机组保护闭锁回路电源G/MA

C6A

机组保护闭锁回路电源G/MB

C6A

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. 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5.5I10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

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