变电站直流系统断路器级差配合研究

何黎彬 罗易

[摘    要]根据我国变电站对于系统配置的要求，对上海变电站的实际配置进行了研究分析，将直流系统对变电站带来的影响进行了阐述，同时解释级联技术的优势以及选择断路器的方法，为变电站的工作提供了相关的参考设计方案。

[关键词]变电站;直流系统;断路器

[中图分类号]TM71 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]According to the requirements of substation configuration in China， this paper studies and analyzes the actual configuration of Shanghai substation， and expounds the influence of DC system on substation. At the same time， explain to you what the advantages of cascade technology. It also tells you how to choose circuit breaker， which provides the relevant reference design scheme for substation to work separately.

[Keywords]substation; DC system; circuit breaker

变电站在運行过程当中通常都是通过直流系统为设备提供各种信号及电源的，直流系统可以说是整个电力系统中非常重要的部分，变电站如果出现故障时会让电源信号消失，而直流电源则作为一种二次保护系统，是一种非常重要的后备电源。直流系统的性能相对来说非常安全，运作起来也很可靠，对于变电站来说有着非常重要的作用。直流断路器主要是一种装置性元件，是为了让一些线路出现短路等故障时能够切除故障负荷。断路器的型号在选择时要分析它的电流等技术指标，保证其有着良好的级差配合，才能够将故障控制在最小的范围内。防止故障扩大，避免系统出现崩溃的情况，选择合理断路器配置能让变电站更加可靠的运行。

1 直流系统的级差配合及存在的问题

“低压直流系统”是应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其他使用直流设备的用户，为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源——蓄电池继续提供直流电源的重要设备。

我国科技在不断进步也促使了工业发展向智能化方向进行转变，变电站在工作过程当中要有着能够对电流进行二次保护的装置，直流系统通常就能够对变电站进行良好的二次保护。如果发电厂以及变电站等单位没有直流电源的话，就不能使电力装置自动启动，开关不能够正常进行工作，设备就是处于没有保护的状态下运行的，这样的情况很容易导致故障的出现。如果故障导致设备出现损坏会扩大事故，从而使得一些较为严重的后果出现。我国发生了很多因为直流电源烧毁设备，导致事故发生的案例。

之前就有一个变电站因为故障让设备出现爆炸的情况，但是蓄电池没有足够的直流电来中断事故，所以导致很多设备烧毁，造成非常大的经济损失。上海地区某220 kV及以下电压等级变电站的支流保护划分为三个级别，而后面的两个等级都运用直流断路器，上下级相互间也有一定的级差配合选择。一般而言，简单回路中仅借用电流级差就能够充分满足电网运行的选择性要求。但在直流电源系统容量比较大或是比较复杂的系统里，直流电源系统还要求运用级差配合才可以满足这些选择要求。

2 直流系统的级差配合可能存在的问题

变电站的直流系统一般都是通过熔断器进行保护的，但是直流断路器才是市场上主流的保护装置，直流断路器的反时限特点让其短路电流到达一定数值时就可以自动跳闸。上下级分路器容易引起变电站的直流系统发生故障，出现越级跳闸的情况，让设备的保护控制回路等装置容易出现停电情况，所以这些设备就不能够正常运行。直流系统的断路器保护应该如何配合出现的故障就成为了现在需要解决的问题。变电站内直流负荷相对来说是非常多的，所以很多回路都是串联起来，形成断路器联级。上下级支架的配合如果出现问题，容易使设备出现越级故障，从而使得设备出现越级跳闸熔断事故，这主要因为配合不当导致的。

变电站的直流系统分布广泛，在进行供电时也有着很多的回路，在直流电路中必须要有着熔断器或者断路器对其进行保护，它们通常采用串联方式，这就需要选择一个正确的保护方案，让上下级之间能够协调配合。

（1）交直流断路器一般是混合使用的，因为交流与直流之间的运作过程不同，额定值相同的断路器开断电源的能力也不一样，所以不能够用交流断路器代替直流断路器，更不能将断路器混合使用，这也会导致设备出现越级误差。断路器在运行时主要工作原理就是磁脱扣的原理，其使用电流峰值作为标定的有效值。交流峰值一般是高于有效值的，所以在断路器处于定值的状态下，直流回路中的交流断路器的额定值大于直流断路器的定值。另外，直流与交流断路器之间的灭火原理都有着一定的差别，交流断路器不能直接使用直流电弧让电流熄灭，不然会导致越级动作的出现。

（2）熔断器的质量参数问题也是要引起重视的，熔断器技术数据都是在产品进行实验时得出的，熔断器一般要在有效值内的交流电源中进行运作，在运作时它都有着一个正确的特性曲线，电站直流系统出现各种故障的原因与情况都有着一定的差别。熔断器厂家所设计的设备都是按同一型号和规格进行的，如果熔断器回路中有着不同类型或者级差配合时则需要引起重视。从目前情况来看，生产低压电器的厂家是非常多的，但是产品质量无法得到保证，厂家生产的每个设备在参数上都会有一定的差别。

（3）上、下级间设备额定值极差在选择时也要引起重视，避免出现选择不当的情况。熔断器的主要工作原理就是热效应，断路器将热效应和磁效应两个有着不同特点的工作原理进行结合，它们的特性曲线以及极差都不相同，所以在进行配合工作时不能只考虑一种设备的规定。

3 断路器级差配合的原则和建议

3.1 原则

直流断路器在设计与选择过程当中的主要依据是它的产品参数，而性能指标的产品参数一般都是由厂商提供的。在设计过程当中，首先要选择参数指标符合要求的断路器，指标必须是按照国家标准来认定的。断路器在生产过程当中也要按照行业标准进行，各部件在配置时要对极差配合进行准确的校验。根据行业标准的相关规定以及相关的保护配合规则要求，在直流断路器的上一级安装熔断器，断路器的电流应该设定为直流断路器的倍级以上。如果要将直流断路器热到熔断器的上一级时，那直流断路器的电流应该是熔断器的倍级以上。断路器在选择过程当中如果出现短路情况，脱扣器的上下级配合系数要呈现等于或者大于状态。

3.2 建议

变电站的直流系统分布广泛，在进行供电时也有着很多的回路，在直流电路中必須要有熔断器或者断路器对其进行保护，它们通常会串联，这就需要选择一个正确的保护方案，让上下级之间能够协调配合。通过对相关实验结果的分析，上海变电站系统在上下级配合上存在着以下几个问题：三级和四级的配合情况有一定问题，应该将三级配合尽量简化为，三级配合的回路中一般都是采用直流断路器配合模式。不过通常情况下，上一级如果选择的是直流断路，那么下一级也应该使用直流断路器，否则不能满足级差配合需要。上级为直流断路器，下级只能够安装直流断路器，且要选择同一厂家的产品。变电站在进行直流系统供电时，有许多支路需要对断路器进行保护，所以如何选择一个良好的保护方案，让上下级之间进行协调配合，是需要进行研究的问题。上海变电站应该改变三级四级电路之间的配合方案，四级的直流断路器电流大于三级额定值是不符合极差配合规定的，在工程设计当中应该避免这种情况出现。变电站已经很少使用二级、三级熔断器和断路器进行配合，一级和二级之间的配合大多是使用熔断器，二级则是使用断路器。实验表明，一级二级之间的选择性还是比较高的。

4 结语

根据我国变电站对于系统配置的要求，对上海变电站的实际配置进行了研究分析，将直流系统对变电站带来的影响进行了阐述，同时解释级联技术的优势，以及选择断路器的方法。对实验的具体资料和数据都进行了整合和研究，从而提出了变电站直流系统应该如何选用设备，同时对怎样进行极差之间的保护配合提出了参考意见，希望能够对变电站工作有着一定的推进作用。

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