变电站直流系统断路器和熔断器级差配合的试验研究

变电站直流系统断路器和熔断器级差配合的试验研究（共6篇）

篇1：变电站直流系统断路器和熔断器级差配合的试验研究

变电站直流系统断路器和熔断器级差配合的试验研

究

2006-12-19 17:11:00 来源：中国自动化网 网友评论 0条 点击查看

摘 要：对新颁直流设计规程中保护元件的多级配合问题进行了探讨，对直流系统熔断器、直流断路器配置选择提出了建议，并给出了直流系统典型级差配置的现场试验结果。

关键词：直流系统；级差配合；保护；试验

Experimental Research on Stage Difference Coordinaion of Breakers and Fuses in DC Systemof Substations

Abstract：This paper discusses the multi－stage coordination ofprotective elementsin the newly issued“Design Regulations onDCSystems”．The authors propose some suggestions on stagecoordination of circuit breakers and fuses in DCsystem，andpresent the results offield－testsfortypicalstage difference co－ordination configuration of DCsystem． Keywords：DCsystem；stage difference coordination；protection； test 0 前言

随着我国电力工业的不断进步，电力系统向超高压、大容量方向发展，为这些大容量电力设备提供控制、保护、信号、操作电源，直流系统的安全、可靠、经济运行就必须提到一个新的高度。

正常运行时，直流系统为断路器提供合闸电源，为继电保护及自动装置、通讯等提供直流电源；故障时，特别是交流电源中断情况下，直流系统为继电保护及自动装置、断路器合跳闸、事故照明提供安全可靠的直流电源，是电力系统继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证。在直流回路中，熔断器、断路器是直流系统各出线过流和短路故障主要的保护元件，可作为馈线回路供电网络断开和隔离之用，其选型和动作值整定是否适当以及上下级之间是否具有保护的选择性配合，直接关系到能否把系统的故障限制在最小范围内，这对防止系统破坏、事故扩大和主设备严重损坏至关重要。因此，加强熔断器、断路器选择及配置的准确性，对提高电力系统运行的安全可靠性具有重要意义。1 级差配合存在的主要问题

由于变电站直流系统供电内容多，回路分布广，在一个直流网络中往往有许多支路需要设置断路器或熔断器进行保护，并往往分成三级或四级串联，这就存在着正确选择保护方案和保护上下级之间的配合问题。1．1 交直流断路器混用

由于交、直流的燃弧及熄弧过程不同，额定值相同的交直流断路器开断直流电源的能力并不完全一样，用交流断路器代替直流断路器或交、直流断路器混用是保护越级误动的主要原因之一。

断路器瞬时动作采用磁脱扣原理，判据为通过的电流峰值，断路器标定的额定值为有效值，而交流电的峰值高于有效值，在相同定值下，在直流回路中交流断路器实际额定值高于直流断路器。另外，因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不能有效、可靠地熄灭直流电弧，容易造成上级越级动作。1．2 熔断器质量及参数问题

各生产厂家提供的熔断器技术数据是在产品型式试验时得到的，且校验熔断器的分断能力是在交流电源周期分量有效值下做的，熔体动作选择配合特性曲线也是交流安秒特性曲线。这与变电站直流系统发生短路故障时的实际情况有一定差距。

各熔断器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、下级差，从而保证满足选择性的，当回路中有不同类型的熔断器时，熔断器之间的级差配合更应引起高度重视。同时，由于目前低压电器生产厂家较多，不能完全保证产品质量，所以即使同一厂家、同一型号的熔体，其参数也有一定的分散性。1．3 上、下级间的额定值级差选择不当

熔断器采用热效应原理，而断路器是磁效应与热效应相结合，安秒特性曲线不同，配合级差也不同。对于断路器之间、断路器与熔断器之间的级差配合不应照搬熔断器间的配合规定。熔断器、直流断路器级差配置现场试验

为了适应新颁DL/T5044－2003《电力工程直流设计技术规程》(以下简称设计规程)有关规定，验证变电站直流系统中断路器和熔断器几种典型的级差配置方案是否满足选择性保护的要求，探索直流断路器之间的级差配合、直流断路器与熔断器的配合及其上下级之间的选择配置，选择了石家庄供电公司所辖变电站直流系统中部分直流断路器、熔断器的典型保护级差配合方案进行了现场试验，并对具备延时功能的三段式直流断路器也进行了试验验证，确认了实现选择性保护的配合条件。2．1 短路电流的选取

按照直流断路器及熔断器安装现场可能出现的最大短路电流，将试验元件串联安装进行短路试验。为保证试验电流高于现场可能出现的最大短路电流，增加了适当裕度，短路电流选取结果为：

a．300 Ah及200 Ah蓄电池组，对于合闸馈出线电缆短路故障，短路电流选2 000 A。

b．100 Ah蓄电池组，对于合闸馈出线电缆短路故障，短路电流选1000 A。

c．控制、保护回路末端熔断器或直流断路器出口短路，短路电流选200 A。2．2 试验方案及结果

经对变电站直流系统安装使用的保护电器进行调查，按照设计规程有关规定，确定出熔断器—熔断器、断路器—熔断器、熔断器—断路器、断路器—断路器4类12项试验方案。试验结果见表1。

2．3 结果分析

2．3．1 熔断器—熔断器

设计规程要求：如果装设熔断器的型号和各熔件材料相同，为保证选择性，必须使电路中相邻两级熔断器熔件的额定电流的级差至少相差两级。

本次试验的前提是选取了同厂、同型号、同批次的产品。因其具有相同的安秒特性，两级级差的配合，在短路电流达到上级的10～30倍范围内，均正 确动作，表现出良好的配合特性。石家庄供电公司曾对变电站直流回路的熔断器进行了统一更换，具备此项试验的现场条件。2．3．2 断路器—熔断器

设计规程要求：断路器下一级可装设熔断器作为保护电器，断路器的额定电流应大于熔断器的额定电流4倍及以上。此项试验结果与设计规程相吻合。

但此项试验的前提是短路电流为上级额定电流的8～9倍，刚进入上级断路器的速断区，如果短路电流增大到一定值时，按照参考文献［2］中的试验结果，上、下级会同时动作，造成越级。因此，在工程应用中，除断路器的额定电流应大于熔断器的额定电流4倍及以上外，还应核定最大短路电流不应超过上级断路器额定电流的10倍。

2．3．3 熔断器—断路器

此项试验条件严于设计规范，熔断器的额定电流大于断路器额定电流的1．6倍。试验结果与设计规范相吻合。

但此项试验的短路电流是上级熔断器额定电流的12～13倍，因此：

a．蓄电池出口熔断器因按照蓄电池1 h放电容量并加大一级选择，其最大短路电流在此范围内，能够与下一级断路器配合，不必核定最大短路电流。

b．如用于回路下级，因熔断器的熔断速度随短路电流增加而加快，而断路器的脱扣速度基本不变，在短路电流大到一定程度时，二者动作接近而造成越级。参考文献［2］的试验结果也证实了此点。

因此，在工程应用中，除断路器的额定电流应大于熔断器的额定电流4倍及以上外，还应核定最大短路电流不超过上级断路器额定电流的10～12倍。2．3．4 直流断路器—直流断路器 2．3．4．1 两段式直流断路器

两段式直流断路器在短路电流是上级开关额定电流的8～10倍范围、4～5级级差配合下，正确动作，配合良好。

但如果短路电流达到或超过上级断路器额定电流的10倍时，上下级断路器均进入速动区，同时动作，造成越级跳闸。

另外，因塑壳式直流断路器的固有动作时间高于微型断路器，因此上级配塑壳断路器、下级配微型断路器的配合，其具备选择性的短路电流值要高于同型配合，据国内有关试验，其选择性极限电流延伸到约为20倍左右的上级额定电流。2．3．4．2 三段式直流断路器

三段式直流断路器，上级为三段式，下级为两段式或三段式直流断路器时，级差为2级，在短路电流为上级断路器额定电流的25～40倍范围均正确动作。

设计规程对三段式直流断路器的级差配合未做规定。从试验结果看，由于上级断路器短延时时间大于下级断路器全分断时间，上级短延时能够返回，因此可以实现小级差配合，而且不须考虑短路电流的影响，能够适应设计规程关于直流分电屏设计方案中多级配合的要求。3 直流系统保护方案选择建议 3．1 熔断器—熔断器配合

应选用正规生产厂家同厂、同型号的产品，可方便地用于对变电站原有熔断器的统一更换工作。但对于新建站，由于熔断器均为设备自带，难以保证同厂、同型号，特别是难以保证设计规范要求的“各熔件材料相同”的要求，因此，不同厂家、型号的熔断器配合，应加大级差。

3．2 熔断器与断路器(两段式)间及同型两段式断路器间的配合

除应按设计规程执行外，还应核定最大短路电流不应超过上级元件额定电流的8～10倍。

3．3 不同型号断路器的配合

应考虑断路器的固有动作时间，必须保证上级断路器固有动作时间不小于下级固有动作时间。推荐采用上级塑壳式断路器、下级微型断路器的配合。3．4 三段式断路器

采用三段式断路器可以实现小级差配合，而且不必考虑短路电流的影响，能够适应设计规程关于直流分电屏设计方案中多级配合的要求。

篇2：变电站直流系统断路器和熔断器级差配合的试验研究

1 新旧版直流规程中的差异

1.1 直流断路器功能要求的差异

DL/T 5044—2004《电力工程直流系统设计技术规程》7.5.1:直流断路器应具有速断保护和过电流保护功能[4]。

DL/T 5044—2014《电力工程直流系统设计技术规程》6.5.1:直流断路器应具有瞬时电流速断和反时限过电流保护,当不满足选择性保护配合时,可增加短延时电流速断保护[5]。

1.2 蓄电池出口直流断路器的选配差异

DL/T 5044—2004《电力工程直流系统设计技术规程》7.5.2:蓄电池出口回路应按蓄电池1 h放电率电流选择。并应按事故放电初期(1 min)放电电流校验保护动作的安全性,且应与直流馈线回路保护电器相配合[4]。

DL/T 5044—2014《电力工程直流系统设计技术规程》6.5.2:蓄电池出口回路应按事故停电时间的蓄电池放电率电流选择,应按事故放电初期(1 min)冲击负荷放电电流校验保护动作的安全性,且应与直流馈线回路保护电器相配合[5]。

1.3 上、下级直流断路器选择性配合要求的差异

DL/T 5044—2004《电力工程直流系统设计技术规程》附录E.4:直流断路器应具有速断保护和过电流保护功能。各断路器的保护动作电流和动作时间应满足选择性要求,考虑上、下级差的配合,且应有足够的灵敏系数。直流断路器的上下级差不宜小于4级[4]。

DL/T 5044—2014《电力工程直流系统设计技术规程》附录A.4:直流断路器应具有瞬时电流速断和反时限过电流保护,当不满足选择性保护配合时,可增加短延时电流速断保护[5]。考虑上、下级断路器的额定电流应满足选择性配合要求,选择性配合电流比宜符合本标准附录A表A.5-1至表A.5-5的规定。本文仅针对集中辐射形系统保护电器的选择及分层辐射形系统保护电器的选择两种方式进行对比说明,如表1、表2所示。

注:根据电流比选择的S3断路器额定电流不应大于40 A,当额定电流大于40 A时,S3应选择具有短路短延时保护的微型直流断路器。

2 实例分析

某220 k V新建变电站,蓄电池采用500 Ah阀控密封式铅酸蓄电池,直流采用220 V。根据2004版直流规程上下级断路器的级差不宜小于4级,给出全站直流馈线柜、直流分电柜及就地设备的直流断路器的配置方案。

2.1 三级直流断路器配置方案的分析

试验空开的配置如表3所示。

根据以上直流断路器设置,其中第二级空开GM32/23M C16为直流二段式保护微型断路器,第三级空开NDB2Z-63为直流断路器,现场对第二、三级直流空开进行了级差配合测试,测试结果如图1所示,由图可知,开关动作弧前时间(横坐标游标左侧)为:0.55 ms,灭弧时间(横坐标游标右侧)为:1.91 ms,短路电流(波形最高点即游标与波形交点纵坐标)为:401.9 A;实际试验结果是第一级开关未脱扣,第二、三级开关同时脱扣,越级跳闸。

原因分析:根据旧版规程的级差配合要求,本案例中第二、三级直流空开之间的级差满足大于4级的要求,第二级直流空开GM32/23M C16为标准型C型脱扣器直流断路器,瞬时脱扣范围为(7~15)In;第三级直流空开为标型B型直流断路器,瞬时脱扣范围为(4~7)In。当短路电流达到401.9 A时,达到了第二、三级空开的瞬时脱扣的下限,因此出现二、三级空开同时脱扣,导致越级跳闸。

依据新版直流技规的要求,给出整改措施,将二级C型16 A直流断路器更换为C型三段式保护16 A的直流断路器,利用其短路短延时功能,短路时延时10 ms脱扣,从而躲过短路电流最高值,实现上下级开关的级差配合。

2.2 四级直流断路器配置方案的分析

试验空开的配置如表4所示。

根据以上直流断路器设置,其中第三级空开GM32/23M C16为直流二段式保护微型断路器,第四级空开S202M C3为直流断路器,下面对第三、四级直流空开进行了级差配合测试,测试结果如图2所示,开关动作弧前时间(横坐标游标左侧)为:0.58 m s,灭弧时间(横坐标游标右侧)为:2.11 m s,短路电流(波形最高点即游标与波形交点纵坐标)为:311.0 A;实际试验结果是一、二级开关未脱扣,第三、四级开关同时脱扣,越级跳闸。

原因分析:根据旧版规程的级差配合要求,本案例中第三、四级直流空开之间的级差满足大于4级的要求,第三级直流空开GM32/23M C16为标准型C型脱扣器直流断路器,瞬时脱扣范围为(7~15)In;第四级直流空开S202M C3为标型B型直流断路器,瞬时脱扣范围为(4~7)In。第三级空开的瞬时脱扣范围为112~240 A,当短路电流达到311 A时,达到了第三、四级空开的瞬时脱扣的下限,故会出现三、四级空开同时脱扣,造成越级跳闸。

依据新版直流技规的要求,给出两条整改措施,一是将二级C型16 A直流断路器更换为C型三段式保护16 A的直流断路器,利用其短路短延时功能,短路时延时10 ms脱扣,从而躲过短路电流最高值,实现上下级开关的级差配合。二是三级C型16 A直流断路器改为C型32~40 A直流断路器,利用上下级开关的级差增大来满足级差配合的选择性要求。

3 结语

自新版直流规程正式发布,在直流断路器上、下级选择性配合方面,提出了新的配置原则,根据以上实例分析以及新版直流规程的新原则,推荐采用三段式保护的直流断路器,虽在经济方面不占优势,但从变电站的直流系统的统一性,及变电站的安全可靠性方面考虑,直流系统采用带短延时电流速断保护功能的直流断路器将是趋势。

摘要：介绍了直流断路器作为直流系统元件的重要性,分析对比了新旧版《电力工程直流系统设计技术规程》的差异,通过研究直流断路器选型配置和级差配合的要求,并以实际工程为案例,结合现场调试和数据分析,得出了直流断路器的选配方法,指导了设计单位对新版直流规程的应用,保证了直流系统的设计可靠性。

关键词：直流规程,直流断路器,选型,级差配合

参考文献

[1]李秉宇,郝晓光.变电站直流系统保护级差配合特性分析[J].低压电器,2011(6):51-54.

[2]刘毅,周雒维,陈国通.直流系统保护电器级差配合的研究[J].电力系统保护与控制,2011,39(2):45-49.

[3]周锋.电力系统直流断路器短路级差配置研究[J].通信电源技术,2011,28(4):58-60.

[4]DL/T 5044—2004电力工程直流系统设计技术规程[S].

篇3：变电站直流系统断路器和熔断器级差配合的试验研究

【关键词】阀控蓄电池 充电装置 微机监控装置 运行及维护 管理要求

变电站的直流设备主要包括蓄电池（防酸蓄电池、镉镍蓄电池、阀控蓄电池）、充电装置、微机监控装置等，它们的正常运行能保证变电站直流电源可靠。下面简单谈一下阀控蓄电池、充电装置、微机监控装置的运行及维护管理要求，使我们在平时巡视中有所注意。

一、阀控蓄电池的运行及维护管理要求

（一）阀控蓄电池组的正常运行方式为浮充电状态，浮充电压值的范围为（2.23～2.28）V×N，一般最好调整到2.25V×N（25℃时）；均衡充电电压应调整到（2.30～2.35）V×N。

（二）运行中的阀控蓄电池组主要作用是监视，其范围有：每只单体蓄电池的电压值、蓄电池组及直流母线的对地电阻值、运行环境温度、浮充电流值、蓄电池组的端电压值和绝缘状态等。

（三）巡视中检查的内容有：蓄电池通风散热是否良好，连接片有无松动和腐蚀现象，蓄电池的单体电压值，温度是否过高，壳体有无渗漏和变形，绝缘电阻是否下降，极柱与安全阀周围是否有酸雾渗出等。

（四）蓄电池室的温度应控制在（5～30）℃，最高不可超过35℃，且应通风良好。蓄电池室照明应充足，且要使用防爆灯；安装在台架上的蓄电池组，应做好防震措施。并按期检查门窗及蓄电池室调温设备情况。每月要检查蓄电池室消防设施、照明及通风；对照现场实际运行情况，将对阀控蓄电池组进行定期外壳清洁工作。

（五）阀控蓄电池组的充放电

1.恒压充电。浮充电方式运行条件是在（2.3～2.35）V×N的恒压充电下，I10充电电流慢慢减少，当充电电流降低到0.1 I10电流时，此时达到充电装置的倒计时起动，当整定的倒计时结束时，充电装置将手动或自动转为正常的方式。浮充电电压值的范围为为（2.23～2.28）V×N。

2.恒流限壓充电。恒流充电的方式若采用I10电流进行，当蓄电池组端电压的上限值达到（2.3～2.35）V×N限压值时，将手动或自动转为恒压充电。

3.补充充电（均衡充电）。上述运行中会因浮充电流调整不当而造成欠充，此时可以进行补充充电，使蓄电池组的容量始终处于满值。其方法为：恒流限压充电-恒压充电-浮充电。补充充电时要合理掌握，在必要时才能进行，以防频繁充电而影响蓄电池寿命和质量，可以采用在监控系统设置后自动进行，循环时间为一季度一次。

4.阀控蓄电池的核对性放电。核对性放电的作用是可以发现蓄电池容量缺陷，并使因长期处于限压限流的浮充电运行方式或只限压不限流的运行方式下，而无法判断内部是否失水或干枯、蓄电池的现有容量的后果。

110kV、35kV变电所的核对性放电方式如下：若无备用蓄电池组时不可以进行全核对性放电，只可以用I10电流放出其额定容量的50℅。在放电的过程中，蓄电池组的端电压不能低于2V×N。放电结束，即刻用I10电流进行限压充电-恒压充电-浮充电。反复放充（2～3）次，使蓄电池容量得以恢复，若经过三次全核对性放充电，蓄电池组容量均达不到其额定容量的80℅以上，就要安排更换；若有备用蓄电池组时，可以进行全核对性放电。用I10恒流放电，当蓄电池组电压降低到1.8V×N时，停止放电。隔（1～2）h后，可用I10电流进行恒流限压充电-恒压充电-浮充电。使用备用蓄电池组进行核对性充放电时的注意点有：充放电过程中备用小容量的蓄电池的搭头和拆开过程中应注意正、负极性，并认清直流系统屏上包括屏前、屏后相关的开关，蓄电池组接线桩头的断开和恢复。

阀控蓄电池组的核对性放电周期如下：新安装的阀控蓄电池在验收时应进行核对性充放电，以后2～3年进行一次核对性充放电，运行了六年以后的阀控蓄电池，须每年进行一次核对性充放电；备用的阀控蓄电池，应3个月进行一次补充充电。阀控蓄电池的浮充电电压值修正时应根据环境温度变化而设定，其基准温度设定为25℃，修正值为±1℃时3mV，即当温度每升高1℃，单体电压为2V的阀控蓄电池浮充电电压值就降低3mV，反之就提高3mV。

二、充电装置的运行及维护管理要求

（一）充电装置的运行监视

对充电装置应定期进行以下检查：直流输出电压、交流输入电压、直流输出电流等各表计显示数据的正确性，各保护信号是否正常，运行噪声有无异常，绝缘状态是否完好。为了防止在交流电源中断时确保控制母线电压值的稳定，蓄电池组将不间断地向直流母线供电，并及时调整控制母线电压。当蓄电池组放出容量达到其额定容量的20%及以上时，恢复交流电源供电后，此时应立即自动启动或手动启动充电装置，按照制造厂规定的正确充电方法对蓄电池组进行补充充电，或按恒流限压充电—恒压充电—浮充电方式对蓄电池组进行充电。

（二）充电装置的维护及检测

充电装置应由维护人员定期进行检查和维护工作，对整定参数、充电装置输出电压和电流精度、指示仪表应定期进行校对，并定期进行稳流、稳压、高频开关电源型充电装置的均流不平衡度和纹波系数等参数测试。

三、微机监控装置的运行及维护管理要求

当直流电源装置的微机监控装置在运行时，可以通过切换操作按钮来检查相关功能和参数，其中各项参数的整定还要监督措施和有权限设置。

当微机监控装置出现故障时，若无备用充电装置，就启动手动操作，将运行方式进行调整，并把微机监控装置退出运行，在检查修复后才可以投入运行；若有备用的充电装置，就先投入备用充电装置，并把故障装置退出运行。

四、结束语

由于直流系统对变电站如此重要，所以需要加强系统的运行维护，保证其安全可靠地运行。为了可以做到安全运行，我们必须从上到下重视它，认真学习和执行电力系统关于直流系统的规程规定。

参考文献：

[1] 江苏省电力公司变电站交直流电源设备运维管理规定〔2013.06.25〕.

篇4：变电站直流系统断路器和熔断器级差配合的试验研究

关键词：直流电源,断路器,级差,配合

1 案例背景

某地区220kV及以下电压等级变电站的直流保护一共分为3个等级,后2个等级均采用直流断路器,其上下级之间具有选择性的级差配合(见表1)。通常情况下,简单回路中只需借助于电流级差就可满足电网运行的选择性要求。然而,若是在直流电源系统容量较大或较为复杂的系统中,直流电源系统还需借助于级差配合才能满足选择性的要求。

2 直流电源系统级差配合的试验

根据当下直流电源系统级差配合在电网中的应用,为了减少级差配合造成的故障问题,对直流电源系统断路器级差配合进行试验探究。试验采用1 000A·h的阀控铅酸蓄电池,器材设备为电抗器L、电阻器R,以及试用电器DM1、DM2、DM3、DM4。根据《电力工程直流电源系统设计的技术规程》要求,本次采用的电源空载电压纹波系数不能超过5%v。试验电流基本是按照指数曲线上升,直流电源系统中电路时间常数与变电路的时间常数非常接近。试验是通过改变不同预期短路电流的整定值来研究直流电源系统断路器的级差配合,示意图如图1所示。

3 直流电源系统断路器的级差配合

新建的电力工程中直流电源系统全部采用断路器进行安全保护,这是当下电力施工中常采用的一种方案。在直流电源系统设计过程中,除了断路器的选择外,还需合理选择蓄电池,考虑断路器的级差配合。

3.1 断路器的选择

由于不同生产厂家在断路器的生产上会采取不同的生产工艺,因此生产的断路器规格型号会有很大的不同。即便是同一厂家的断路器,其分断短路电流的能力也存在一定的分散性及差异性。为了保证直流电源系统的正常运行,应选择同一厂家、同一系列的断路器。这样不仅能保证断路器的质量,还能很好保障直流电源系统断路器的级差配合,便于备品备件的管理和维修。此外,一旦断路器发生故障就要进行维修和更换,若是出现不同厂家、不同型号断路器的混用,则必须对直流电源系统断路器进行级差配合试验,确认试验结果后才能进行断路器的更换。另外,在选择断路器时应将断路器的质量放在第一位,禁止选用低劣断路器,否则不仅会造成断路器的寿命缩减,还能引发直流电源系统故障问题。

3.2 断路器与熔断器的级差配合

直流电源系统中,断路器和熔断器都可起到保护系统的作用。熔断器和断路器混合保护的级差配合比较困难,需要注重组合方式的改变。首先断路器之后切忌使用熔断器;其次,断路器可安装在熔断器后用于下一级的操作和保护,但熔断器的额定电流一定要大于断路器额定电流的2倍,并时刻注意熔断器和断路器的电流变化,一旦发现故障就及时进行处理。

4 结束语

综上所述,随着社会群众对用电量需求的增长,电网的安全稳定运行在人们生活中占据的分量越来越重。直流电源系统是保障电网安全运行的一个重要设备,但是近些年来直流电源系统断路器的级差配合总是出现各种故障,使得电网的安全运行无法得到有效的保证。因而,在今后的直流电源系统断路器级差配合保护应用中,还应注重断路器故障因素的研究分析,从生产厂家以及材料的规格上进行改善,从而提升断路器保护力度。此外,还应注重熔断器对级差配合的保护作用,并找出适合熔断器和断路器共同保护直流电源系统级差配合的方法,进而提升直流电源系统断路器级差配合度。

参考文献

[1]唐志军,王云茂.直流电源系统断路器级差配合校验系统的开发[J].电力与电工,2011,31(3):31~34

[2]王素华,彭向阳,韩潇等.变电站直流电源系统改造问题分析[J].电力系统保护与控制,2010,38(17):179~182

[3]迟文信,刘芳.变电站直流电源系统用小型断路器解决保护误动的问题[J].低压电器,2011(3):58~61

[4]王金贵.直流电源系统中小型断路器的选择性保护及应用[J].低压电器,2014(6):57~61

[5]杜光明,王书伟.SR2X系列飞机电源系统的使用维护实践[J].现代电子技术,2014(5):143~148,151

篇5：变电站直流系统断路器和熔断器级差配合的试验研究

【关键词】直流系统接地 蓄电池故障 判断和处理

直流系统的可靠运行是电网安全运行的保证。本文主要归纳总结了一下变电站直流系统发生故障的判断和处理方法，对在变电站值班员处理分析实际问题有一定的作用。

一、直流系统接地的判断及处理方法

（一）发现直流接地的方法

1.通过观察直流绝缘监测装置，判断直流系统绝缘是否存在异常

绝缘情况良好时，正、负母对地电压平衡（或者相差不大），对地电阻平衡且大于数十千欧。如果发现正、负极对地电压偏差较大或者电阻较小，则表明其中有一极对地绝缘情况不是很好，需要进一步检查。如果正、负极对地电阻下降，但此时对地电压仍平衡，则说明两极对地绝缘都存在问题，需要进一步查找，但此类情况较少。电压偏差也可能由于装置本身平衡电桥设置不平引起，因此在设备交接验收的时候应对装置显示电压情况进行检查排查装置本身平衡电桥设置正常。

110V直流系统绝缘不良的判据是两极对地电压绝对值差超过20V； 110V直流系统接地的判据是绝缘降低到7KΩ以下。

2.直流系统单极或者双极绝缘异常点查找

在通过观察直流绝缘监测装置，初步判断出直流绝缘存在问题后，需要进一步查找接地点或者绝缘薄弱点。一直以来人工查找方法是：逐条拉合负荷支路，然后再解端子、摇绝缘。该方法费时费力，而且安全风险大。现在可以使用专业的在线绝缘检测仪器，在不拉负荷支路的情况下，在线查找接地点或者绝缘薄弱点。目前的在线绝缘检测仪器通常采用低频小信号注入法，其基本原理是在接地母线与大地之间施加一个超低频信号，其电流沿着接地点方向流动。

（二）发生直流系统接地后的处理

直流系统发生接地可能造成保护的误动或拒动，应尽速消除，恢复正常，直流系统出现绝缘异常时的处理方法：（1）直流系统接地后，运维人员应记录时间、接地极、接地检测装置提示的支路号和绝缘电阻等信息，汇报调度及工区。（2）直流接地后，应立即停止站内相关工作，检查直流接地是否由站内工作引起。（3）直流接地后，正常应由继保人员采用专用仪器进行查找。紧急情况下，经工区同意并汇报调度，可用试拉的方法寻找接地回路，先拉接地检测装置提示的支路，接地不能消失再拉其他支路，并按照先次要后重要的顺序逐路进行。具体为：①不影响正常运行、或影响较小的直流回路：如有工作的回路；热备用或冷备用回路；直流母线上非保护和控制回路，如事故照明、逆变器、蓄电池、充电机、试验电源、信号电源、后台机电源等。②影响正常运行的回路，拉路必须得到有关调度的许可，并且失电时间要尽可能短：刚操作过的回路；断路器控制回路（单跳圈）、保护装置（单套配置）的直流回路。

（三）处理直流系统接地时的注意细节

（1）应至少由两人进行拉路法查找直流接地。（2）直流系统接地，其他二次回路上的工作应立即停止，除继保人员寻找接地故障外，其他人员禁止在直流系统上进行任何带电工作。（3）雷雨天气时，禁止拉路查找直流接地。

二、蓄电池故障的判断及处理方法

（一）阀控密封铅酸蓄电池故障及处理

（1）一般温升超标、充电电流过大、内部有短路或局部放电、充电电压超过2.4V×N、安全阀动作失灵等原因造成内部压力升高会使阀控密封铅酸蓄电池壳体变形。处理方法有检查安全阀是否堵死，降低充电电压，减小充电电流。（2）一般蓄电池内部失水干涸、电解物质变质会使蓄电池一放电，电压很快下降到终止电压值。此时处理方法是更换蓄电池。

（二）镉镍蓄电池故障及处理

镉镍蓄电池若容量下降，且放电电压低。处理方法如下：更换无法修复的电池，更换电解液，用I5电流进行5h充电后，使充电电流减到0.5 I5电流，接着继续充电（3-4）h，停止充电（1-2）h后，用I5放電至终止电压，再进行上述方法充电和放电，如此反复（3-5）次，使容量有所恢复。如果容量依旧恢复不了，即刻更换蓄电池。

三、其它故障的判断及处理方法

（1）蓄电池组熔断器如果熔断，就要立即进行检查处理，适当采取可靠措施，以防直流母线迅速失电。（2）当直流充电装置内部故障跳闸后，可以启用备用的充电装置代替故障的充电装置运行，并及时修改好运行参数。（3）蓄电池组发生爆炸、开路时，应果断将空气断路器或蓄电池总熔断器断开，投入备用设施或采取其他措施来消除故障，使运行方式恢复正常。若无备用蓄电池组，在事故处理中只能利用充电装置带直流系统负荷运行时，且充电装置不满足断路器合闸容量要求时，应临时断开合闸回路电源，待事故处理完毕后及时恢复其运行。（4）整流模块面板无显示，检查熔断器是否熔断，若熔断更换；若无熔断，启用备用模块或更换模块。（5）自动调压装置不正常，启动手动调压装置，退出自动调压装置，通知检修人员处理。（6）母线电压过高，测量母线电压，若显示正确，则降低浮冲电流，使其恢复正常；若显示问题，更换模块。过低则测量母线电压，若显示正确，检查浮冲电流是否正常、直流负载有无剧增、蓄电池组有无故障；若属自动调压装置异常，启动手动调压装置，并退出自动调压装置，通知检修人员处理。（7）无输出检查是否缺相，各接线有无松动、脱落、断线等；检查电源和开关是否正常。

四、结束语

直流系统是变电站故障发生极度频繁、查找及处理也很困难的系统。若值班员在现场遇到有直流系统发生故障时，需要根据相关信息尽快做出判断，以上为初步总结的一些处理流程，尚有许多不足之处，请同行指正。

参考文献：

[1] 江苏省电力公司变电站交直流电源设备运维管理规定〔2013.06.25〕

篇6：浅析直流快速断路器的灭弧系统

一、直流快速断路器的熄弧机理

分断直流电路时,如被分断的电流以及分断后加在触头间隙的电压都超过一定数值,则触头间直接产生电弧。电弧总压降Uh由阳极压降Ua、阴极压降Uk以及弧柱压降Uz三部分组成,即:Uh=Ua+Uz+Uk ,其中Ua与Uk之和为近极压降、Uz=EZ•LZ (EZ弧柱电位梯度,V/cm ;LZ电弧长度,cm )。实践和理论都证明:增大直流电弧的总压降Uh可以提高直流电弧的静伏安特性,促进直流电弧的熄灭。

二、直流快速断路器中促进电弧熄灭的常用措施

1.增加近极压降

如用金属栅片将电弧分割成一系列串联的短弧,因为每一短弧都有一阴极压降和阳极压降,所以可以使总的电弧电压大为增加。

2.拉长电弧

在有限的弧室空间内增大电弧长度LZ ,可以提高电弧电压Uh,促进电弧的熄灭。其具体方法有增加触头开距、利用电动力磁吹灭弧等。

3.增大弧柱电位梯度EZ

设法增大EZ可以提高电弧电压,具体方法有:(1)增大电弧周围气体介质的压力。 (2)增大电弧与流体介质之间的相对运动速度,以提高去游离强度。(3 )使电弧与耐弧的绝缘材料(如石棉水泥板或陶土等)密切接触。依靠耐弧绝缘材料对电弧的冷却作用以及表面复合作用,使EZ增大。

三、直流快速断路器中各种常用灭弧室的灭弧原理

1.金属栅片灭弧室

金属栅片灭弧室的灭弧原理是将电弧分割成许多串联的短弧,以增加近极压降,提高电弧总压降,促使电弧熄灭。它一般是用 1～4 mm 厚的金属栅片叠装而成,栅片可用铁或铜制成,相互绝缘,片间距离一般为 1～10mm,平行或扇形地安装在灭弧室中。金属栅片灭弧具有结构简单、分断时过电压值较低且实际分断电流值较大等特点。

2.部分绝缘栅片灭弧室

这种灭弧室是利用金属栅片将电弧分割成许多短弧,增多近极压降、增加电弧电压,并在磁场力的作用下使弧根沿着导弧角进入栅片中,迅速地被拉长;耐电弧材料可加强对电弧的表面复合作用和促使电弧冷却直至熄灭。这种灭弧室具有结构简单、分断电流时过电压值低、熄弧能力强且体积较小等优点。

3.绝缘钢片灭弧室

这种灭弧室是在原迷宫式灭弧室的绝缘隔板内嵌入导磁性钢片,以增强对电弧的吸引力,加速电弧运动,拉长电弧并与绝缘隔板摩擦,利用表面复合作用和冷却作用熄灭电弧。一般这种灭弧室还需要有吹弧铁心,有时亦可以利用主触头回路的电磁场,不再另加吹弧线圈。绝缘钢片灭弧室具有熄弧能力强、电弧电压上升梯度大和熄弧容易等特点;但制造工艺较为复杂、成本较高和分断时过电压也较高。

4.螺旋电弧灭弧室

这种灭弧室是利用特殊的导弧角将直流电弧分割成许多段,在电动力作用下电弧形成螺旋状,借助于相互间的电动力将电弧拉长,并与绝缘的灭弧室壁板摩擦,使电弧冷却直至熄灭。其主要优点是结构紧凑、灭弧室外形尺寸较小、熄弧快和分断时过电压也不高;其主要不足是需要有磁吹力将电弧吹入各小弧角后,灭弧室才能发挥效能。

四、直流快速断路器灭弧系统设计中的一些注意事项

第一,直流快速断路器分断电感性负载时,弧隙电压瞬间可升高为电源电压的数倍,电路电感L越大,过电压越高;当电弧电流趋近于零时,电流下降速度越快,即弧隙去游离作用越强,过电压越大。因此,为避免产生太高的过电压,直流电弧不宜片面追求过强的灭弧措施,为进一步减小过电压,可以增加消耗电感能量的措施。

第二,栅片间距越大,电弧在栅片中运动的速度越快,栅片对电弧的去游离作用减弱,不利于熄弧。但栅片间距太小,电弧运动的速度变慢,电弧与栅片的接触紧密,去游离作用加强,但有可能使游离气体排出不畅,气体阻力较大,在大电流分断时游离气体较多.有产生反吹的危险。所以,栅片间距的选择应适中,既能使大量灼热气流畅通,又能使大量游离气体得到较强的去游离。

第三,快速断路器的临界负载电流分断:快速断路器分断回路电流时使其燃弧时间最长的电流,往往并不是它的极限短路分断电流,而通常可能是比其额定电流小得多的某一电流值,称为临界负载电流。如在设计中发现燃弧时间太长或持续燃弧,则应适当加强磁吹力以提高电弧运动速度。