变电站直流系统保护选择的有关问题

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1、变电站直流系统保护选择的有关问题变电站直流电源既是开关的操作电源，也是继电保护装置的电源，电网和变电站的安全运行要求直流电源必须具有高可靠性，失去直流将可能造成继电保护和开关的拒动，造成电网大面积停电和设备的损坏，严重威胁设备和电网的安全运行。直流由所属单位分散管理，设备种类多，标准应该统一，下面就直流电源使用谈以下几个应引起注意的问题。一、目前存在的直流断路器（直流开关）和熔断器（保险管）的配合其配合关系应执行电力工程直流系统设计技术规程DL/T5044-2004条款中6.1.3的规定：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。这样可保证动作的选

2、择性。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。即：熔断器为2A时，上一级直流断路器应为8A及以上。这样的配合主要是考虑了直流断路器动作速度相对比较快。由于下级采用熔断器，相应增加了上级开关的额定电流，所以建议最末一级应尽量采用直流断路器。二、上下级熔断器之间、上下级自动开关之间额定电流的选择，其配合关系应按火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程DL/T5136-2001条款9210、9211中的规定：9.2.10条款为：1.熔断器额定电流应按回路的最大负荷电流选择，并满足选择性的要求。干线上熔断器熔件的额定电流应较支线上的大2级3级。在安全评价文

3、件中，要求上、下级熔体之间（同一系列产品）额定电流值，必须保证24级级差，电源端选上限，网络末端选下限。为避免蓄电池组总熔断器无选择性熔断，该熔断器和分路熔断器之间，必须保证34级级差，对级差的要求又有所加大，其目的主要是使上级脱扣（熔断）时间大于下级，确保上、下级直流熔断器在过负荷或直流短路时选择性。级差是熔断器（直流断路器）生产制造时的额定电流关系，额定电流分别为3A、6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A、80A、100A、125A等，它不是成固定倍数的关系。分支熔断器选用6A，按大2-3个级差考虑干线应选用16A或20A的熔断器。一般每个回路继电保护配置的

4、保险丝为3A或6A，可以根据直流电压和一次开关合闸、跳闸线圈电阻阻值很容易确定合闸、跳闸电流，那么它干线上保险丝的额定电流就很容易确定了，直流屏馈出的熔断器电流值不宜选择过大，因为它决定着上一级熔断器电流值的大小，否则无法与总保险配合，必要时必须增加直流馈出的数量，分散负荷，避免负荷在某段母线的集中，即某一回路最大负荷电流必须要控制，负荷在多回路中分摊，这需要在设计时通过计算，使馈出回路数量上有充分的裕度，并在设计中明确所设小母线的数量。9.2.11条款为：1.上下级自动开关之间额定电流的选择：自动开关额定电流应按回路的最大负荷电流选择，并满足选择性的要求；干线上自动开关脱扣器的额定电流应较支

5、线上的大2级3级。7.5.2条款为：开关电磁操动机构的合闸回路，直流断路器可按（大于等于）0.3倍的额定合闸电流选择，但直流断路器过载脱扣时间应大于开关固有合闸时间。直流电动机回路，直流断路器可按（大于等于）电动机的额定电流选择。7.6.3条款为：开关电磁操动机构的合闸回路，熔丝可按0.20.3倍的额定合闸电流选择，但熔断器的熔断时间应大于开关固有合闸时间。直流电动机回路，熔丝可按电动机的额定电流选择。在国家电网公司颁布的直流技术标准中对直流系统的保护规定如下：（1）直流回路中严禁使用交流空气断路器；当使用交直流两用空气断路器时，其性能必须满足开断直流回路短路电流和动作选择性的要求。（2）直流

6、空气断路器、熔断器应具有安一秒特性曲线，上下级应大于2级的配合级差，并应满足动作选择性的要求。（3）直流电源系统中应防止同一条支路中熔断器与空气断路器混用，防止在回路故障时失去动作选择性。由于不同制造厂或不同系列产品存在性能差异，混合使用有可能会失去动作选择性配合，因此，一个站的直流熔断器或自动空气开关，原则上应选用同一厂家的系列产品。断路器与熔断器混合保护的级差配合比较困难，由于无时限的断路器的脱扣速度基本不变，而熔断器的动作具有反时限特性。无论断路器安装在熔断器之前或之后，总在某些短路电流值范围内会出现失去动作选择性。因此，应避免这种组合保护方式。直流系统熔断器应分级配置，上下级熔体应满足

7、选择性配合要求。一个站的直流熔断器或自动空气断路器，原则上应选用同一制造厂系列产品。使用前宜进行安秒特性和动作电流抽检，同一条支路上的空气开关和熔断器不宜混合使用。直流回路中采用空气自动空气断路器时，必须选用合格的直流空气断路器，严禁采用交流空气断路器。对已经采用的，必须安排更换。在变电所直流电源屏上，由于蓄电池组的容量确定后，其出口回路熔断器额定电流是按蓄电池1H放电率电流选择的，并应与各馈出回路相配合；从保护动作选择性要求，蓄电池输出回路断路器额定电流应大于馈出断路器额定电流最大的一台来选择，配合系数一般取2，必要时取3，取以上电流最大者为蓄电池输出回路断路器额定电流，并应满足蓄电池出口短

8、路时灵敏系数的要求。所以设计部门在设计时，基本也确定了蓄电池出口回路额定电流和馈出回路的额定电流。如防酸式和阀控式密封铅酸蓄电池回路设备选择：蓄电池容量(AH)200300400500800熔断器IE(A)200315315400630直流断路器IE(A)160200250315500详见规程50442004附录F三、目前变电站直流电源的保护大多采用直流断路器和熔断器配合，熔断器和直流断路器配合的混合方式，很不规范，一般微机保护和电磁式保护分别采用直流断路器和保险管，而新上的直流电源屏均采用直流断路器，原使用的直流电源屏是采用保险管，开关机构上也是保险管较多，早期的变电站采用熔断器，新变电站采

9、用直流断路器，由于继电保护和直流设备的更新，在更新时造成上述的混合方式，要引起运行管理人员的重视。如熔丝的上下级不是同一系列产品（如果末级是快速熔断器还好），也不清楚直流断路器和熔丝的安秒特性，尤其是不应在空气断路器的下级使用熔断器。直流断路器动作相对速度比较快，所以我们不希望直流断路器下一级再接熔断器。以上的问题不满足国家电网公司颁布的直流技术标准，应加以整改。目前对直流系统的各级保护开展了定值管理，主要是对各级直流空气开关和熔丝的额定电流加以明确，但大部分变电站没有对定值的由来进行计算，没有通过计算、校核，进行上下级动作时间的比较,而是沿用建所时使用的原始设计值或厂家原屏带来的设备电流值，

10、依赖设计或厂家对充电机、硅整流（开关电源）、蓄电池回路熔丝（开关）、直流屏馈出部分熔丝（开关）额定电流的选择。在直流回路发生变化、增加负荷或接线改变，上下级保护是否保证选择性有一定的不确定因素。所以变电站要有一张全所的直流图，包括熔丝（开关）额定电流选择和动作电流选择的计算说明，具备采用的熔丝和直流小开关的动作安秒特性，通过直流短路电流计算，校验上下级动作时间，在不满足时能够调整直流接线结构，使上下级保护有动作时间的配合，不误动拒动，尤其不允许越级误动。由于计算涉及问题较多，动作时间不易确定，所以绘制一张全所的直流图很有必要，在图中可以清楚地看出上、下级保护级差配置，保护配置是否存在问题，要满

11、足上、下级保护级差配置的规定。直流屏馈出的熔断器采用短路短延时开关，防止越级带来的事故面扩大。在前几年进行的变电站直流系统的反措中，新建或改造的直流系统对不同的电压等级采用不同的直流母线供电，开关的控制操作和动力直流分开，如一次变有三个电压等级，那么分别各设置供220KV、66KV、10KV的直流开关操作电压母线、220KV、66KV、10KV的继电保护用直流电压母线，每段母线由直流屏二个馈出开关环路供电，正常单回路运行辐射状供电。对变电所高压开关的合闸设立动力直流母线采用独立环路供电，中间解环运行。对信号回路采用由直流屏独立馈出。避免与继电保护用直流和控制直流交叉供电，互相影响。在一个电压等

12、级的直流母线上，根据一次元件数量、负荷大小适当增加母线段数，可分设保险（空气开关）供电，以便较好的实现配合。设置多段母线可以使负荷分配合理，使直流屏馈出开关的保护电流值不致偏大，有较好的灵敏度，与总保护有较大的级差保证，所以直流系统好的接线结构也是保证其安全运行的关键。四、在安全性评价中建议：在熔断器（直流开关）定值管理上要进行计算，有书面材料，专人管理，每年一次。没有进行的要尽快落实，对配合关系要做到心中有数。计算的步骤：1. 建立完整的直流系统图，从交流电源开始，包括充电机、蓄电池、直流屏馈出、各级母线馈出的完整接线，可以采用单线图从上级到下级，由粗线到细线，对采用的熔断器、直流开关、刀闸

13、采用不同的符号区别，标明采用的额定电流值。2. A、蓄电池、充电机为第一级保护定值；B、直流屏馈出、试验电源、开关动力直流（大合闸为第二级保护定值；C、从各直流母线馈出到保护和控制回路的分支保险为第三级保护定值；通过统计各回路最大负荷电流，根据规程原则确认各分支保护的额定电流值，建立保护定值一览表，整定值计算过程，计算保护和控制回路负荷电流，动作曲线对比，动作时间对比。3. 进行各点直流回路短路电流计算。依靠时间的配合保证上级保护不越级动作。五、为了方便了解和掌握，对北京人民电器厂保护电器的设计方案简介如下，说明直流开关的选择原则，额定电流与动作特性的关系：采用的直流断路器应具有速断保护和过电

14、流保护功能是电力工程直流系统设计技术规程DL/T5044-2004的要求，其附录E对直流断路器的选择进行了介绍，并分别介绍了过负荷长延时保护、短路瞬时保护、短路短延时保护的整定原则。北京人民电器厂采用其生产的G系列直流开关保护特性对不同的异常（过载）和短路电流，有三种动作行为。1. 过载（长延时）保护：电流较小，为防止电缆发热的绝缘破坏，经一段时间延时切除故障回路。2. 短路（瞬时）保护：电流较大，会对设备有较大危害，所以要求断路器立刻切除故障回路。3. 短路短延时为防止越级保护带来的事故面扩大，保证故障电流仅仅由距离故障点最近的断路器来切除，有时要求上级断路器在遭遇短路电流时，经过一定时间的

15、短延时（一般为MS级）后再动作。在电流小于过载（长延时）保护起始动作值，开关正常工作。在电流达到各相应动作值，开关按相应时间特性动作。北京人民电器厂其生产的G系列直流开关具有长延时+瞬时保护功能为二段保护脱扣器（A类保护）。如GMN20R、GMXX系列，用于直流电源末端保护。GMN20R系列用于直流电源末端保护，额定电流为：1A、3A、6A；在通过5IN时瞬时脱扣。GM系列脱扣分为延时过载、瞬时。在通过10IN时瞬时脱扣,（短路瞬时保护一般在10倍IN时瞬时脱扣。）GM800A、1250A为5IN瞬时脱扣。以上二种B类保护的开关用于直接接到负载的场合。北京人民电器厂其生产的GMB系列具有长延时

16、+瞬时+短路短延时功能，称为三段保护脱扣器(B类保护)。GMB32系列脱扣采用长延时+瞬时+短路短延时，额定电流为：16A、20A、25A、32A、40A。以下以GMB32/2400R-32A为例来说明各种故障电流发生时断路器的动作情况，ID为故障电流。过载(长延时)保护：1.05*IN(33A)ID10*IN(320A)ID=33A时在1H以上动作，ID=3IN=96A时在7S内动作，ID=7IN=224A时在3S内动作，动作为反时限曲线动作，ID增大，动作时间逐渐减小。1. 短路短延时保护功能：10*IN(320A)ID2.5KA动作时间可达数百毫秒。ID属于一般短路电流，开关经过一个固定

17、的延时时间T后(10MS)再动作，3.短路(瞬时)保护：2.5KAID20KAID大于2.5KA时，属于大短路电流，开关瞬动为十几毫秒,开关极限短路分断能力为20KA，动作时间为4MS。第二级保护额定电流与第三级保护额定电流级差不宜小于4级。对直接接到负载的馈线断路器，可以不设短延时，它的上级对直接接到负载的馈线断路器的保护范围要有短延时，关键是落实反措要求，设置供220KV、66KV、10KV的直流电压母线，保证不失去后备保护，第一级保护只有在直流屏母线短路时断开。六、省公司提出如下要求：1、各单位应高度重视变电所直流保险的使用维护工作，加强这方面的领导，每年应结合春、秋检对变电所直保险进行

18、一次全面检查，重点检查保险容量、上、下级的配合及保险状况，对长时期运行的直流支路保险和总保险，根据现场实际情况，必要时应提前更换，以确保可靠安全2、对现运行、库存和新购进的各类保险、空气开关，有条件的应抽样进行安秒特性试验，确保其质量。3、各单位要对现运行蓄电池总保险进行一次全面检查，对保险熔断没有告警信号的，要实施改造加装信号回路，蓄电池总保险应更换成带有撞击体保险器，以便实现保险熔断有信号发出。4、加强对电力工程直流系统设计技术规程DL/T5044-2004和火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程DL/T5136-2001的学习和理解，学习厂家有关维护使用说明书，对现运行的进行复核，对新投产的设计要加强审核和验收。省公司农电生产工程处2007年4月29日