桐柏電廠直流系統空開級差配合的分析

王斌

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺 317200）

桐柏電廠直流系統空開級差配合的分析

王斌

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺 317200）

分析了直流系統空氣開關正確配合的重要性，分析了桐柏電廠直流系統空氣開關配合存在的問題，對直流系統空氣開關配置選擇提出了建議，達到規范直流系統空氣開關配置的目的，確保桐柏電廠直流系統的安全運行。

桐柏電廠；直流系統；級差配合

0　前言

直流系統中需要配置各種空氣開關來作為直流回路的保護。在電廠和變電所內，直流系統由于供電負載較多，回路分布廣，在一個直流網絡中往往有許多支路需要設置空氣開關來進行保護，并分成3～4級串聯，這就存在著直流空氣開關選型和動作特性是否合適及上、下級之間是否具有選擇性保護配合的問題。正確配置直流空開，防止越級跳閘擴大停電范圍，對直流系統的安全運行具有重要意義。

2014年，上級單位對桐柏公司進行安全性評價，自查整改中，發現部分直流斷路器級差配合不合理。桐柏公司高度重視，將此列為安全隱患“桐柏公司-C-2015-002直流系統部分直流熔斷器級差配合不合理”，本文就是在此基礎上對桐柏公司直流系統空開級差配合問題進行分析。

1　級差配合存在的主要問題

1.1交、直流空氣開關混用

空氣開關也稱斷路器，是用于當電路中發生過載、短路和欠壓等不正常情況時，能自動分斷電路的電器，也可以用作不頻繁地起動電動機或接通、分斷電路。它是低壓交、直流配電系統中的重要保護器件之一。它具有過載反時限動作斷開和短路快速切除的保護功能。

交、直流空氣開關的燃弧及熄弧過程不同。由于直流短路電流的滅弧比交流困難，不像交流電流有過零的特征，容易熄弧。所以直流開關的開斷距離要大于交流開關。為更好的提供滅弧能力，在開關的消弧槽內附加了恒定磁場，它可與直流電弧作用在滅弧室內，使之更容易滅弧，因此，直流斷路器的接入是有極性的，不能接反。

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中不能有效、可靠地熄滅電流電弧，容易造成上、下級越級動作。

桐柏公司在本次檢查中，并未發現有交流空氣開關用于直流系統的現象。但在將來的各種技改反措的過程中，需要增加、更換直流開關的時候，要引起重視，不能將交流開關用于直流系統。

1.2空氣開關的特性問題

各空氣開關廠家及設計手冊提供的級差配合是按同一型號、同熔體材料確定上、下級級差，從而保證滿足保護選擇性的。當回路中有不同類型的空氣開關時，級差配合應引起高度重視。

目前，桐柏公司所用的直流開關，品牌上，主要有ABB、梅蘭日蘭、施耐德、德力西等；動作特性上，主要是B特性和C特性。

1.3上、下級的額定值級差選擇不當

空氣開關的保護動作是靠計算故障電流來完成的。所以，正確選擇空氣開關就必須計算直流系統有關各短路點的短路電流，而直流系統由于相關參數復雜、不確定因素多，目前各設計院、設備制造商或運行單位都不可能精確計算出各有關短路點的實際短路電流，因此給空氣開關的選擇和級差配合以及空氣開關的靈敏度系數計算校驗帶來相當大地困難。

2　直流系統開關級差配合問題的分析

2.1相關標準規定

（1）DL/T5044-2004《電力工程直流系統設計技術規程》

規程6.1.2規定，保護電器采用直流斷路器或熔斷器。

規程6.1.3規定，當直流斷路器和熔斷器串級作為保護電器時，宜按下列配合：

1）熔斷器裝設在直流斷路器上一級時，熔斷器額定電流應為直流斷路器額定電流的2倍及以上。

2）直流斷路器裝設在熔斷器上一級時，直流斷路器額定電流應為熔斷器額定電流的4倍及以上。

規程7.5規定了直流斷路器的選擇原則。

規程7.6規定了熔斷器的選擇原則。

（2）國電發[2000]589號《防止電力生產重大事故的25項重點要求》

要求的10.2.10規定：直流潤滑油泵的直流電源系統應有足夠的容量，其各級熔斷器應合理配置，防止故障時熔斷器熔斷使直流潤滑油泵失去電源。

要求的13.7規定：防止繼電保護事故 保證繼電保護操作電源的可靠性，防止出現二次寄生回路，提高繼電保護裝置抗干擾能力。

要求的20.1.3規定：防止樞紐變電所全停事故，對直流系統提出明確要求。其中20.1.3.3對熔斷器級差配合提出要求。

（3）DLT459-2000《電力系統直流電源柜訂貨技術條件》

技術條件5.3.2.4規定，直流斷路器、熔斷器應具有安—秒特性曲線，上、下級應大于2級的配合級差。

2.2直流斷路器的選擇原則

2.2.1級差的含義

直流系統斷路器的級差是指所采用的同一系列直流斷路器上、下級的額定電流等級之差。

2.2.2直流斷路器額定電流的選擇

一個站的直流系統所選斷路器的級數最多不宜超過4級。保護級數是指從蓄電池總出口到負荷端其區間的斷路器串聯的數量。

先根據相關規程規范選擇蓄電池出口及負荷端斷路器額定電流，然后，對處在中間的斷路器根據2～4的級差進行合理配置，電源端選上限，負荷端選下限。

（1）蓄電池組出口回路：斷路器的額定電流應按蓄電池1 h放電電流值；即鉛酸蓄電池可取5.510，中倍率鎘鎳堿性蓄電池可取7.05，高倍率堿性鎘鎳蓄電池可取20.05；

（2）充電裝置輸出回路；斷路器額定電流應按充電裝置額定輸出電流的1.2倍選擇;

（3）直流電動機回路：斷路器額定電流應按直流電機額定電流選擇（n=dj）；

（4）斷路器電磁機構的合閘回路：斷路器額定電流應按電磁機構合閘電流的0.3倍選擇；

（5）直流分電柜電源回路

1）斷路器額定電流按直流分電柜上全部用電回路的計算電流之和選擇；

2）為了保證保護動作選擇性的要求，斷路器的額定電流還應大于直流分電柜饋線斷路器的額定電流，它們之間的電流級差不宜小于4級。

2.2.3斷路器選擇的原則

當直流回路出現故障時，能迅速、準確、可靠地將故障電流從系統中切斷，使故障區域縮小到最小范圍，要求斷路器不能拒動，也不能誤動，更不能越級誤動。

2.2.4系統級差的配合

為了解決直流系統斷路器保護級差配合及滿足動作選擇性的要求，部分廠商或運行單位往往采用加大斷路器上、下級額定電流之間的級差來滿足選擇性的要求，這并不合理。①靠加大級差是有限制的，一般情況下為2～4級，而不是無限制的；②在某些情況下，加大級差對直流回路保護是不利的，尤其是電源端和負載端，假如為了滿足保護級差配合和動作選擇性的要求，將斷路器的額定電流隨意加大級差，當發生故障，其故障電流達不到斷路器故障瞬時動作電流值，就只能靠斷路器過載長延時保護來實現斷路器脫扣，這樣長時間通過故障電流會造成智力系統嚴重過載或短路等后果。

同樣，直流系統最末端的保護即負載端也不能隨意加大斷路器的額定電流，應按照有關規程規定選擇斷路器的額定電流。如果斷路器的額定電流大于用電設備的實際電流，在回路發生故障時將失去動作的選擇性，造成拒動。

直流斷路器上、下級能否實現級差配合，取決于回路中流過的短路電流值及上、下級斷路器的動作時間差。只有在回路中的短路電流值低于上級斷路器的瞬動值，或雖達到了上級斷路器的瞬動值但下級斷路器先于上級分斷的情況下，才能實現斷路器間的級差配合。因此，為實現級差配合，一個途徑是要實現上、下級斷路器的動作時間差，另一個途徑是要降低回路短路電流值。

2.3桐柏公司直流系統介紹

桐柏公司的直流系統共分為5個部分：地下廠房220 V直流系統，繼保樓220V直流系統，上庫48V直流系統，中控樓48 V直流系統，35 kV坎頂變110V直流系統，相互之間沒有直接的電氣聯系。

其中，地下廠房220 V直流系統，容量最大，用戶最多，結構最復雜，本文就以地下廠房220V直流系統為例，介紹直流斷路器級差配合的分析。

2.3.1目前地下廠房220 V直流系統直流空開配合現狀

桐柏公司地下廠房220V直流系統為雙蓄電池組，雙充電機組、分兩段運行。每組蓄電池組為1 200 Ah，108節蓄電池，設單獨的蓄電池室。每組充電機組分為：控母充電機，共1臺ATC230M20充電機；合母充電機，共9臺ATC230M20充電機。每段直流母線配兩面饋線屏。

地下廠房220 V直流系統的斷路器由4級組成，第1級為蓄電池和充電機的熔斷器和斷路器；第2級為直流饋線屏的熔斷器和斷路器；第3級為直流分屏的熔斷器和斷路器；第4級為保護屏及其他屏的熔斷器和斷路器。這4級按樹狀接線，進行輻射供電，每一級上并聯有幾個至幾十個熔斷器和斷路器，他們互相影響，構成一個整體。

圖1展示了地下廠房220V直流系統的原理圖。

目前地下廠房220V直流系統所采用的各級直流斷路器的規格型號（舉部分為例）：

第1級：充電機出口的熔斷器、斷路器和蓄電池組出口的熔斷器（表1）。

第2級：直流Ⅰ段配電屏的空開（表2）。

第3級：LCU1直流配電盤（表3）。

第4級：各保護盤柜、設備盤柜內直流電源空開，基本為C6A，C10A，C16A（表4）。

2.3.2對地下廠房220 V直流系統空開級差配合的改進建議

（1）部分空開額定電流配置不合理，如LCU直流配電盤上直流Ⅲ、Ⅳ段電源空開為C20A，其下級空開為C6A，C10A，C16A，C20A難與其下級C16A配合，建議換成C32A。

（2）部分空開動作特性選擇不合理，在排查過程中，發現大部分回路使用C特性空氣開關，部分回路的空開使用了B特性、K特性的空氣開關，經過驗算，發現這些特性的空氣開關動作時間難與其上級的C特性空氣開關的動作時間相配合，建議換成C特性的空氣開關。

3　結語

直流系統的可靠穩定運行對電力系統的安全穩定運行具有重要意義，直流系統空開級差配合問題也正引起各運行單位的關注。通過對桐柏公司的直流系統的各級空開額定電流和動作特性的排查和驗算，提出改進建議，改善了空開上、下級的配合關系。經過半年多的運行，這些更換的空開可靠穩定運行，未發生誤動、拒動和越級誤動，為桐柏公司的安全生產作出了自己的貢獻。

[1]DL/T5044-2004電力工程直流系統設計技術規程[S].

[2]國電發[2000]589號防止電力生產重大事故的25項重點要求[S].

[3]DLT459-2000電力系統直流電源柜訂貨技術條件[S].

王斌（1979-），男，工程師，從事繼電保護工作。

TM561.1

B

1672-5387（2015）11-0017-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.11.006

2015-07-31