王斌

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺(tái) 317200）

桐柏電廠直流系統(tǒng)空開(kāi)級(jí)差配合的分析

王斌

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺(tái) 317200）

分析了直流系統(tǒng)空氣開(kāi)關(guān)正確配合的重要性，分析了桐柏電廠直流系統(tǒng)空氣開(kāi)關(guān)配合存在的問(wèn)題，對(duì)直流系統(tǒng)空氣開(kāi)關(guān)配置選擇提出了建議，達(dá)到規(guī)范直流系統(tǒng)空氣開(kāi)關(guān)配置的目的，確保桐柏電廠直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

桐柏電廠；直流系統(tǒng)；級(jí)差配合

0　前言

直流系統(tǒng)中需要配置各種空氣開(kāi)關(guān)來(lái)作為直流回路的保護(hù)。在電廠和變電所內(nèi)，直流系統(tǒng)由于供電負(fù)載較多，回路分布廣，在一個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)中往往有許多支路需要設(shè)置空氣開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行保護(hù)，并分成3～4級(jí)串聯(lián)，這就存在著直流空氣開(kāi)關(guān)選型和動(dòng)作特性是否合適及上、下級(jí)之間是否具有選擇性保護(hù)配合的問(wèn)題。正確配置直流空開(kāi)，防止越級(jí)跳閘擴(kuò)大停電范圍，對(duì)直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。

2014年，上級(jí)單位對(duì)桐柏公司進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，自查整改中，發(fā)現(xiàn)部分直流斷路器級(jí)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(tǒng)部分直流熔斷器級(jí)差配合不合理”，本文就是在此基礎(chǔ)上對(duì)桐柏公司直流系統(tǒng)空開(kāi)級(jí)差配合問(wèn)題進(jìn)行分析。

1　級(jí)差配合存在的主要問(wèn)題

1.1交、直流空氣開(kāi)關(guān)混用

空氣開(kāi)關(guān)也稱(chēng)斷路器，是用于當(dāng)電路中發(fā)生過(guò)載、短路和欠壓等不正常情況時(shí)，能自動(dòng)分?jǐn)嚯娐返碾娖?，也可以用作不頻繁地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)或接通、分?jǐn)嚯娐?。它是低壓交、直流配電系統(tǒng)中的重要保護(hù)器件之一。它具有過(guò)載反時(shí)限動(dòng)作斷開(kāi)和短路快速切除的保護(hù)功能。

交、直流空氣開(kāi)關(guān)的燃弧及熄弧過(guò)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(guò)零的特征，容易熄弧。所以直流開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷距離要大于交流開(kāi)關(guān)。為更好的提供滅弧能力，在開(kāi)關(guān)的消弧槽內(nèi)附加了恒定磁場(chǎng)，它可與直流電弧作用在滅弧室內(nèi)，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(jí)越級(jí)動(dòng)作。

桐柏公司在本次檢查中，并未發(fā)現(xiàn)有交流空氣開(kāi)關(guān)用于直流系統(tǒng)的現(xiàn)象。但在將來(lái)的各種技改反措的過(guò)程中，需要增加、更換直流開(kāi)關(guān)的時(shí)候，要引起重視，不能將交流開(kāi)關(guān)用于直流系統(tǒng)。

1.2空氣開(kāi)關(guān)的特性問(wèn)題

各空氣開(kāi)關(guān)廠家及設(shè)計(jì)手冊(cè)提供的級(jí)差配合是按同一型號(hào)、同熔體材料確定上、下級(jí)級(jí)差，從而保證滿足保護(hù)選擇性的。當(dāng)回路中有不同類(lèi)型的空氣開(kāi)關(guān)時(shí)，級(jí)差配合應(yīng)引起高度重視。

目前，桐柏公司所用的直流開(kāi)關(guān)，品牌上，主要有ABB、梅蘭日蘭、施耐德、德力西等；動(dòng)作特性上，主要是B特性和C特性。

1.3上、下級(jí)的額定值級(jí)差選擇不當(dāng)

空氣開(kāi)關(guān)的保護(hù)動(dòng)作是靠計(jì)算故障電流來(lái)完成的。所以，正確選擇空氣開(kāi)關(guān)就必須計(jì)算直流系統(tǒng)有關(guān)各短路點(diǎn)的短路電流，而直流系統(tǒng)由于相關(guān)參數(shù)復(fù)雜、不確定因素多，目前各設(shè)計(jì)院、設(shè)備制造商或運(yùn)行單位都不可能精確計(jì)算出各有關(guān)短路點(diǎn)的實(shí)際短路電流，因此給空氣開(kāi)關(guān)的選擇和級(jí)差配合以及空氣開(kāi)關(guān)的靈敏度系數(shù)計(jì)算校驗(yàn)帶來(lái)相當(dāng)大地困難。

2　直流系統(tǒng)開(kāi)關(guān)級(jí)差配合問(wèn)題的分析

2.1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

（1）DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》

規(guī)程6.1.2規(guī)定，保護(hù)電器采用直流斷路器或熔斷器。

規(guī)程6.1.3規(guī)定，當(dāng)直流斷路器和熔斷器串級(jí)作為保護(hù)電器時(shí)，宜按下列配合：

1）熔斷器裝設(shè)在直流斷路器上一級(jí)時(shí)，熔斷器額定電流應(yīng)為直流斷路器額定電流的2倍及以上。

2）直流斷路器裝設(shè)在熔斷器上一級(jí)時(shí)，直流斷路器額定電流應(yīng)為熔斷器額定電流的4倍及以上。

規(guī)程7.5規(guī)定了直流斷路器的選擇原則。

規(guī)程7.6規(guī)定了熔斷器的選擇原則。

（2）國(guó)電發(fā)[2000]589號(hào)《防止電力生產(chǎn)重大事故的25項(xiàng)重點(diǎn)要求》

要求的10.2.10規(guī)定：直流潤(rùn)滑油泵的直流電源系統(tǒng)應(yīng)有足夠的容量，其各級(jí)熔斷器應(yīng)合理配置，防止故障時(shí)熔斷器熔斷使直流潤(rùn)滑油泵失去電源。

要求的13.7規(guī)定：防止繼電保護(hù)事故 保證繼電保護(hù)操作電源的可靠性，防止出現(xiàn)二次寄生回路，提高繼電保護(hù)裝置抗干擾能力。

要求的20.1.3規(guī)定：防止樞紐變電所全停事故，對(duì)直流系統(tǒng)提出明確要求。其中20.1.3.3對(duì)熔斷器級(jí)差配合提出要求。

（3）DLT459-2000《電力系統(tǒng)直流電源柜訂貨技術(shù)條件》

技術(shù)條件5.3.2.4規(guī)定，直流斷路器、熔斷器應(yīng)具有安—秒特性曲線，上、下級(jí)應(yīng)大于2級(jí)的配合級(jí)差。

2.2直流斷路器的選擇原則

2.2.1級(jí)差的含義

直流系統(tǒng)斷路器的級(jí)差是指所采用的同一系列直流斷路器上、下級(jí)的額定電流等級(jí)之差。

2.2.2直流斷路器額定電流的選擇

一個(gè)站的直流系統(tǒng)所選斷路器的級(jí)數(shù)最多不宜超過(guò)4級(jí)。保護(hù)級(jí)數(shù)是指從蓄電池總出口到負(fù)荷端其區(qū)間的斷路器串聯(lián)的數(shù)量。

先根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范選擇蓄電池出口及負(fù)荷端斷路器額定電流，然后，對(duì)處在中間的斷路器根據(jù)2～4的級(jí)差進(jìn)行合理配置，電源端選上限，負(fù)荷端選下限。

（1）蓄電池組出口回路：斷路器的額定電流應(yīng)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(yīng)按充電裝置額定輸出電流的1.2倍選擇;

（3）直流電動(dòng)機(jī)回路：斷路器額定電流應(yīng)按直流電機(jī)額定電流選擇（n=dj）；

（4）斷路器電磁機(jī)構(gòu)的合閘回路：斷路器額定電流應(yīng)按電磁機(jī)構(gòu)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(jì)算電流之和選擇；

2）為了保證保護(hù)動(dòng)作選擇性的要求，斷路器的額定電流還應(yīng)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(jí)差不宜小于4級(jí)。

2.2.3斷路器選擇的原則

當(dāng)直流回路出現(xiàn)故障時(shí)，能迅速、準(zhǔn)確、可靠地將故障電流從系統(tǒng)中切斷，使故障區(qū)域縮小到最小范圍，要求斷路器不能拒動(dòng)，也不能誤動(dòng)，更不能越級(jí)誤動(dòng)。

2.2.4系統(tǒng)級(jí)差的配合

為了解決直流系統(tǒng)斷路器保護(hù)級(jí)差配合及滿足動(dòng)作選擇性的要求，部分廠商或運(yùn)行單位往往采用加大斷路器上、下級(jí)額定電流之間的級(jí)差來(lái)滿足選擇性的要求，這并不合理。①靠加大級(jí)差是有限制的，一般情況下為2～4級(jí)，而不是無(wú)限制的；②在某些情況下，加大級(jí)差對(duì)直流回路保護(hù)是不利的，尤其是電源端和負(fù)載端，假如為了滿足保護(hù)級(jí)差配合和動(dòng)作選擇性的要求，將斷路器的額定電流隨意加大級(jí)差，當(dāng)發(fā)生故障，其故障電流達(dá)不到斷路器故障瞬時(shí)動(dòng)作電流值，就只能靠斷路器過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)斷路器脫扣，這樣長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)故障電流會(huì)造成智力系統(tǒng)嚴(yán)重過(guò)載或短路等后果。

同樣，直流系統(tǒng)最末端的保護(hù)即負(fù)載端也不能隨意加大斷路器的額定電流，應(yīng)按照有關(guān)規(guī)程規(guī)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(shè)備的實(shí)際電流，在回路發(fā)生故障時(shí)將失去動(dòng)作的選擇性，造成拒動(dòng)。

直流斷路器上、下級(jí)能否實(shí)現(xiàn)級(jí)差配合，取決于回路中流過(guò)的短路電流值及上、下級(jí)斷路器的動(dòng)作時(shí)間差。只有在回路中的短路電流值低于上級(jí)斷路器的瞬動(dòng)值，或雖達(dá)到了上級(jí)斷路器的瞬動(dòng)值但下級(jí)斷路器先于上級(jí)分?jǐn)嗟那闆r下，才能實(shí)現(xiàn)斷路器間的級(jí)差配合。因此，為實(shí)現(xiàn)級(jí)差配合，一個(gè)途徑是要實(shí)現(xiàn)上、下級(jí)斷路器的動(dòng)作時(shí)間差，另一個(gè)途徑是要降低回路短路電流值。

2.3桐柏公司直流系統(tǒng)介紹

桐柏公司的直流系統(tǒng)共分為5個(gè)部分：地下廠房220 V直流系統(tǒng)，繼保樓220V直流系統(tǒng)，上庫(kù)48V直流系統(tǒng)，中控樓48 V直流系統(tǒng)，35 kV坎頂變110V直流系統(tǒng)，相互之間沒(méi)有直接的電氣聯(lián)系。

其中，地下廠房220 V直流系統(tǒng)，容量最大，用戶最多，結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，本文就以地下廠房220V直流系統(tǒng)為例，介紹直流斷路器級(jí)差配合的分析。

2.3.1目前地下廠房220 V直流系統(tǒng)直流空開(kāi)配合現(xiàn)狀

桐柏公司地下廠房220V直流系統(tǒng)為雙蓄電池組，雙充電機(jī)組、分兩段運(yùn)行。每組蓄電池組為1 200 Ah，108節(jié)蓄電池，設(shè)單獨(dú)的蓄電池室。每組充電機(jī)組分為：控母充電機(jī)，共1臺(tái)ATC230M20充電機(jī)；合母充電機(jī)，共9臺(tái)ATC230M20充電機(jī)。每段直流母線配兩面饋線屏。

地下廠房220 V直流系統(tǒng)的斷路器由4級(jí)組成，第1級(jí)為蓄電池和充電機(jī)的熔斷器和斷路器；第2級(jí)為直流饋線屏的熔斷器和斷路器；第3級(jí)為直流分屏的熔斷器和斷路器；第4級(jí)為保護(hù)屏及其他屏的熔斷器和斷路器。這4級(jí)按樹(shù)狀接線，進(jìn)行輻射供電，每一級(jí)上并聯(lián)有幾個(gè)至幾十個(gè)熔斷器和斷路器，他們互相影響，構(gòu)成一個(gè)整體。

圖1展示了地下廠房220V直流系統(tǒng)的原理圖。

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

第1級(jí)：充電機(jī)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(jí)：直流Ⅰ段配電屏的空開(kāi)（表2）。

第3級(jí)：LCU1直流配電盤(pán)（表3）。

第4級(jí)：各保護(hù)盤(pán)柜、設(shè)備盤(pán)柜內(nèi)直流電源空開(kāi)，基本為C6A，C10A，C16A（表4）。

2.3.2對(duì)地下廠房220 V直流系統(tǒng)空開(kāi)級(jí)差配合的改進(jìn)建議

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

（2）部分空開(kāi)動(dòng)作特性選擇不合理，在排查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)大部分回路使用C特性空氣開(kāi)關(guān)，部分回路的空開(kāi)使用了B特性、K特性的空氣開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)這些特性的空氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間難與其上級(jí)的C特性空氣開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間相配合，建議換成C特性的空氣開(kāi)關(guān)。

3　結(jié)語(yǔ)

直流系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，直流系統(tǒng)空開(kāi)級(jí)差配合問(wèn)題也正引起各運(yùn)行單位的關(guān)注。通過(guò)對(duì)桐柏公司的直流系統(tǒng)的各級(jí)空開(kāi)額定電流和動(dòng)作特性的排查和驗(yàn)算，提出改進(jìn)建議，改善了空開(kāi)上、下級(jí)的配合關(guān)系。經(jīng)過(guò)半年多的運(yùn)行，這些更換的空開(kāi)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，未發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)和越級(jí)誤動(dòng)，為桐柏公司的安全生產(chǎn)作出了自己的貢獻(xiàn)。

[1]DL/T5044-2004電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]國(guó)電發(fā)[2000]589號(hào)防止電力生產(chǎn)重大事故的25項(xiàng)重點(diǎn)要求[S].

[3]DLT459-2000電力系統(tǒng)直流電源柜訂貨技術(shù)條件[S].

王斌（1979-），男，工程師，從事繼電保護(hù)工作。

TM561.1

B

1672-5387（2015）11-0017-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.11.006

2015-07-31