桐柏电厂直流系统空开级差配合的分析

王斌

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200）

桐柏电厂直流系统空开级差配合的分析

王斌

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200）

分析了直流系统空气开关正确配合的重要性，分析了桐柏电厂直流系统空气开关配合存在的问题，对直流系统空气开关配置选择提出了建议，达到规范直流系统空气开关配置的目的，确保桐柏电厂直流系统的安全运行。

桐柏电厂；直流系统；级差配合

0　前言

直流系统中需要配置各种空气开关来作为直流回路的保护。在电厂和变电所内，直流系统由于供电负载较多，回路分布广，在一个直流网络中往往有许多支路需要设置空气开关来进行保护，并分成3～4级串联，这就存在着直流空气开关选型和动作特性是否合适及上、下级之间是否具有选择性保护配合的问题。正确配置直流空开，防止越级跳闸扩大停电范围，对直流系统的安全运行具有重要意义。

2014年，上级单位对桐柏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。桐柏公司高度重视，将此列为安全隐患“桐柏公司-C-2015-002直流系统部分直流熔断器级差配合不合理”，本文就是在此基础上对桐柏公司直流系统空开级差配合问题进行分析。

1　级差配合存在的主要问题

1.1交、直流空气开关混用

空气开关也称断路器，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起动电动机或接通、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。它具有过载反时限动作断开和短路快速切除的保护功能。

交、直流空气开关的燃弧及熄弧过程不同。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开关。为更好的提供灭弧能力，在开关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，直流断路器的接入是有极性的，不能接反。

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。

桐柏公司在本次检查中，并未发现有交流空气开关用于直流系统的现象。但在将来的各种技改反措的过程中，需要增加、更换直流开关的时候，要引起重视，不能将交流开关用于直流系统。

1.2空气开关的特性问题

各空气开关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，从而保证满足保护选择性的。当回路中有不同类型的空气开关时，级差配合应引起高度重视。

目前，桐柏公司所用的直流开关，品牌上，主要有ABB、梅兰日兰、施耐德、德力西等；动作特性上，主要是B特性和C特性。

1.3上、下级的额定值级差选择不当

空气开关的保护动作是靠计算故障电流来完成的。所以，正确选择空气开关就必须计算直流系统有关各短路点的短路电流，而直流系统由于相关参数复杂、不确定因素多，目前各设计院、设备制造商或运行单位都不可能精确计算出各有关短路点的实际短路电流，因此给空气开关的选择和级差配合以及空气开关的灵敏度系数计算校验带来相当大地困难。

2　直流系统开关级差配合问题的分析

2.1相关标准规定

（1）DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》

规程6.1.2规定，保护电器采用直流断路器或熔断器。

规程6.1.3规定，当直流断路器和熔断器串级作为保护电器时，宜按下列配合：

1）熔断器装设在直流断路器上一级时，熔断器额定电流应为直流断路器额定电流的2倍及以上。

2）直流断路器装设在熔断器上一级时，直流断路器额定电流应为熔断器额定电流的4倍及以上。

规程7.5规定了直流断路器的选择原则。

规程7.6规定了熔断器的选择原则。

（2）国电发[2000]589号《防止电力生产重大事故的25项重点要求》

要求的10.2.10规定：直流润滑油泵的直流电源系统应有足够的容量，其各级熔断器应合理配置，防止故障时熔断器熔断使直流润滑油泵失去电源。

要求的13.7规定：防止继电保护事故 保证继电保护操作电源的可靠性，防止出现二次寄生回路，提高继电保护装置抗干扰能力。

要求的20.1.3规定：防止枢纽变电所全停事故，对直流系统提出明确要求。其中20.1.3.3对熔断器级差配合提出要求。

（3）DLT459-2000《电力系统直流电源柜订货技术条件》

技术条件5.3.2.4规定，直流断路器、熔断器应具有安—秒特性曲线，上、下级应大于2级的配合级差。

2.2直流断路器的选择原则

2.2.1级差的含义

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

2.2.2直流断路器额定电流的选择

一个站的直流系统所选断路器的级数最多不宜超过4级。保护级数是指从蓄电池总出口到负荷端其区间的断路器串联的数量。

先根据相关规程规范选择蓄电池出口及负荷端断路器额定电流，然后，对处在中间的断路器根据2～4的级差进行合理配置，电源端选上限，负荷端选下限。

（1）蓄电池组出口回路：断路器的额定电流应按蓄电池1 h放电电流值；即铅酸蓄电池可取5.510，中倍率镉镍碱性蓄电池可取7.05，高倍率碱性镉镍蓄电池可取20.05；

（2）充电装置输出回路；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：断路器额定电流应按直流电机额定电流选择（n=dj）；

（4）断路器电磁机构的合闸回路：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）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）为了保证保护动作选择性的要求，断路器的额定电流还应大于直流分电柜馈线断路器的额定电流，它们之间的电流级差不宜小于4级。

2.2.3断路器选择的原则

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，要求断路器不能拒动，也不能误动，更不能越级误动。

2.2.4系统级差的配合

为了解决直流系统断路器保护级差配合及满足动作选择性的要求，部分厂商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。①靠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智力系统严重过载或短路等后果。

同样，直流系统最末端的保护即负载端也不能随意加大断路器的额定电流，应按照有关规程规定选择断路器的额定电流。如果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。

直流断路器上、下级能否实现级差配合，取决于回路中流过的短路电流值及上、下级断路器的动作时间差。只有在回路中的短路电流值低于上级断路器的瞬动值，或虽达到了上级断路器的瞬动值但下级断路器先于上级分断的情况下，才能实现断路器间的级差配合。因此，为实现级差配合，一个途径是要实现上、下级断路器的动作时间差，另一个途径是要降低回路短路电流值。

2.3桐柏公司直流系统介绍

桐柏公司的直流系统共分为5个部分：地下厂房220 V直流系统，继保楼220V直流系统，上库48V直流系统，中控楼48 V直流系统，35 kV坎顶变110V直流系统，相互之间没有直接的电气联系。

其中，地下厂房220 V直流系统，容量最大，用户最多，结构最复杂，本文就以地下厂房220V直流系统为例，介绍直流断路器级差配合的分析。

2.3.1目前地下厂房220 V直流系统直流空开配合现状

桐柏公司地下厂房220V直流系统为双蓄电池组，双充电机组、分两段运行。每组蓄电池组为1 200 Ah，108节蓄电池，设单独的蓄电池室。每组充电机组分为：控母充电机，共1台ATC230M20充电机；合母充电机，共9台ATC230M20充电机。每段直流母线配两面馈线屏。

地下厂房220 V直流系统的断路器由4级组成，第1级为蓄电池和充电机的熔断器和断路器；第2级为直流馈线屏的熔断器和断路器；第3级为直流分屏的熔断器和断路器；第4级为保护屏及其他屏的熔断器和断路器。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断路器，他们互相影响，构成一个整体。

图1展示了地下厂房220V直流系统的原理图。

目前地下厂房220V直流系统所采用的各级直流断路器的规格型号（举部分为例）：

第1级：充电机出口的熔断器、断路器和蓄电池组出口的熔断器（表1）。

第2级：直流Ⅰ段配电屏的空开（表2）。

第3级：LCU1直流配电盘（表3）。

第4级：各保护盘柜、设备盘柜内直流电源空开，基本为C6A，C10A，C16A（表4）。

2.3.2对地下厂房220 V直流系统空开级差配合的改进建议

（1）部分空开额定电流配置不合理，如LCU直流配电盘上直流Ⅲ、Ⅳ段电源空开为C20A，其下级空开为C6A，C10A，C16A，C20A难与其下级C16A配合，建议换成C32A。

（2）部分空开动作特性选择不合理，在排查过程中，发现大部分回路使用C特性空气开关，部分回路的空开使用了B特性、K特性的空气开关，经过验算，发现这些特性的空气开关动作时间难与其上级的C特性空气开关的动作时间相配合，建议换成C特性的空气开关。

3　结语

直流系统的可靠稳定运行对电力系统的安全稳定运行具有重要意义，直流系统空开级差配合问题也正引起各运行单位的关注。通过对桐柏公司的直流系统的各级空开额定电流和动作特性的排查和验算，提出改进建议，改善了空开上、下级的配合关系。经过半年多的运行，这些更换的空开可靠稳定运行，未发生误动、拒动和越级误动，为桐柏公司的安全生产作出了自己的贡献。

[1]DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程[S].

[2]国电发[2000]589号防止电力生产重大事故的25项重点要求[S].

[3]DLT459-2000电力系统直流电源柜订货技术条件[S].

王斌（1979-），男，工程师，从事继电保护工作。

TM561.1

B

1672-5387（2015）11-0017-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.11.006

2015-07-31