摘要：對新頒直流設(shè)計規(guī)程中保護(hù)元件的多級配合問題進(jìn)行了探討，對直流系統(tǒng)熔斷器、直流斷路器配置選擇提出了建議，并給出了直流系統(tǒng)典型級差配置的現(xiàn)場試驗結(jié)果。 關(guān)鍵詞：直流系統(tǒng)級差配合保護(hù)試驗 前言 隨著我國電力工業(yè)的不斷進(jìn)步，電力系統(tǒng)向超高壓、大容量方向發(fā)展，為這些大容量電力設(shè)備提供控制、保護(hù)、信號、操作電源，直流系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就必須提到一個新的高度。正常運(yùn)行時，直流系統(tǒng)為斷路器提供合閘電源，為繼電保護(hù)及自動裝置、通訊等提供直流電源；故障時，特別是交流電源中斷情況下，直流系統(tǒng)為繼電保護(hù)及自動裝置、斷路器合跳閘、事故照明提供安全可靠的直流電源，是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、自動裝置和斷路器正確動作的基本保證。在直流回路中，熔斷器、斷路器是直流系統(tǒng)各出線過流和短路故障主要的保護(hù)元件，可作為饋線回路供電網(wǎng)絡(luò)斷開和隔離之用，其選型和動作值整定是否適當(dāng)以及上下級之間是否具有保護(hù)的選擇性配合，直接關(guān)系到能否把系統(tǒng)的故障限制在最小范圍內(nèi)，這對防止系統(tǒng)破壞、事故擴(kuò)大和主設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞至關(guān)重要。因此，加強(qiáng)熔斷器、斷路器選擇及配置的準(zhǔn)確性，對提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性具有重要意義。 1、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。 1.1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。 1.2熔斷器質(zhì)量及參數(shù)問題 各生產(chǎn)廠家提供的熔斷器技術(shù)數(shù)據(jù)是在產(chǎn)品型式試驗時得到的，且校驗熔斷器的分?jǐn)嗄芰κ窃诮涣麟娫粗芷诜至坑行е迪伦龅?，熔體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)生短路故障時的實際情況有一定差距。各熔斷器廠家及設(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熔斷器時，熔斷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。 1.3上、下級間的額定值級差選擇不當(dāng)熔斷器采用熱效應(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。 2、熔斷器、直流斷路器級差配置現(xiàn)場試驗 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，并對具備延時功能的三段式直流斷路器也進(jìn)行了試驗驗證，確認(rèn)了實現(xiàn)選擇性保護(hù)的配合條件。 2.1短路電流的選取按照直流斷路器及熔斷器安裝現(xiàn)場可能出現(xiàn)的最大短路電流，將試驗元件串聯(lián)安裝進(jìn)行短路試驗。為保證試驗電流高于現(xiàn)場可能出現(xiàn)的最大短路電流，增加了適當(dāng)裕度，短路電流選取結(jié)果為： a．300Ah及200Ah蓄電池組，對于合閘饋出線電纜短路故障，短路電流選2000A。 b．100Ah蓄電池組，對于合閘饋出線電纜短路故障，短路電流選1000A。 c．控制、保護(hù)回路末端熔斷器或直流斷路器出口短路，短路電流選200A。 2.2試驗方案及結(jié)果經(jīng)對變電站直流系統(tǒng)安裝使用的保護(hù)電器進(jìn)行調(diào)查，按照設(shè)計規(guī)程有關(guān)規(guī)定，確定出熔斷器—熔斷器、斷路器—熔斷器、熔斷器—斷路器、斷路器—斷路器4類12項試驗方案。 2.3結(jié)果分析 2.3.1熔斷器—熔斷器 設(shè)計規(guī)程要求：如果裝設(shè)熔斷器的型號和各熔件材料相同，為保證選擇性，必須使電路中相鄰兩級熔斷器熔件的額定電流的級差至少相差兩級。 本次試驗的前提是選取了同廠、同型號、同批次的產(chǎn)品。因其具有相同的安秒特性，兩級級差的配合，在短路電流達(dá)到上級的10～30倍范圍內(nèi)，均正確動作，表現(xiàn)出良好的配合特性。石家莊供電公司曾對變電站直流回路的熔斷器進(jìn)行了統(tǒng)一更換，具備此項試驗的現(xiàn)場條件。 2.3.2斷路器—熔斷器 設(shè)計規(guī)程要求：斷路器下一級可裝設(shè)熔斷器作為保護(hù)電器，斷路器的額定電流應(yīng)大于熔斷器的額定電流4倍及以上。 此項試驗結(jié)果與設(shè)計規(guī)程相吻合。 但此項試驗的前提是短路電流為上級額定電流的8～9倍，剛進(jìn)入上級斷路器的速斷區(qū)，如果短路電流增大到一定值時，按照參考文獻(xiàn)［2］中的試驗結(jié)果，上、下級會同時動作，造成越級。因此，在工程應(yīng)用中，除斷路器的額定電流應(yīng)大于熔斷器的額定電流4倍及以上外，還應(yīng)核定最大短路電流不應(yīng)超過上級斷路器額定電流的10倍。 2.3.3熔斷器—斷路器 此項試驗條件嚴(yán)于設(shè)計規(guī)范，熔斷器的額定電流大于斷路器額定電流的1．6倍。試驗結(jié)果與設(shè)計規(guī)范相吻合。 但此項試驗的短路電流是上級熔斷器額定電流的12～13倍，因此： a．蓄電池出口熔斷器因按照蓄電池1h放電容量并加大一級選擇，其最大短路電流在此范圍內(nèi)，能夠與下一級斷路器配合，不必核定最大短路電流。 b．如用于回路下級，因熔斷器的熔斷速度隨短路電流增加而加快，而斷路器的脫扣速度基本不變，在短路電流大到一定程度時，二者動作接近而造成越級。參考文獻(xiàn)［2］的試驗結(jié)果也證實了此點。因此，在工程應(yīng)用中，除斷路器的額定電流應(yīng)大于熔斷器的額定電流4倍及以上外，還應(yīng)核定最大短路電流不超過上級斷路器額定電流的10～12倍。 2.3.4直流斷路器—直流斷路器 2.3.4.1兩段式直流斷路器 兩段式直流斷路器在短路電流是上級開關(guān)額定電流的8～10倍范圍、4～5級級差配合下，正確動作，配合良好。 但如果短路電流達(dá)到或超過上級斷路器額定電流的10倍時，上下級斷路器均進(jìn)入速動區(qū)，同時動作，造成越級跳閘。 另外，因塑殼式直流斷路器的固有動作時間高于微型斷路器，因此上級配塑殼斷路器、下級配微型斷路器的配合，其具備選擇性的短路電流值要高于同型配合，據(jù)國內(nèi)有關(guān)試驗，其選擇性極限電流延伸到約為20倍左右的上級額定電流。 2.3.4.2三段式直流斷路器 三段式直流斷路器，上級為三段式，下級為兩段式或三段式直流斷路器時，級差為2級，在短路電流為上級斷路器額定電流的25～40倍范圍均正確動作。 設(shè)計規(guī)程對三段式直流斷路器的級差配合未做規(guī)定。從試驗結(jié)果看，由于上級斷路器短延時時間大于下級斷路器全分?jǐn)鄷r間，上級短延時能夠返回，因此可以實現(xiàn)小級差配合，而且不須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。 3、直流系統(tǒng)保護(hù)方案選擇建議 3.1熔斷器—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。 3.2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。 3.3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。 3.4三段式斷路器 采用三段式斷路器可以實現(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。 參考文獻(xiàn) 范瑞逢，邵衛(wèi)祥．直流系統(tǒng)中空氣斷路器和熔斷器級差配合試驗研究簡介［J］．直流電源，2004，（2）．