一．分析簡述

某電廠公司進行安全性評價，自查整改中發現部分直流斷路器級差配合不合理，將此列為安全隱患，為此進行保護電器級差配合特性和直流斷路器的選擇原則詳細分析

二．保護電器級差配合描述

1.系統組成及運行方式

  該電廠公司的直流電源系統共分為5個部分；地下廠房220V直流電源系統；繼電保護樓220V直流電源系統；上庫48V直流電源系統；中控樓48V直流電源系統；35KV坎頂變電站110v直流電源系統。相互之間沒有直接的電氣聯系。

  該電廠公司地下廠房220v直流電源系統配置：兩組蓄電池，兩組充電機組；，單母線分段運行。蓄電池組：容量1200Ah/每組，每組108只，設單獨的蓄電池室。每組充電裝置組分為：控母充電機，共1臺ATC230M20型充電機；合母充電機，共9臺ATC230M20型充電機。每段直流母線配兩面饋線屏。

2保護電器配置描述

 地下廠房220v直流電源系統，容量最大，用戶最多，結構最復雜，以地下廠房220V直流電源系統為例，對直流斷路器級差配合進行分析。

  地下廠房220V直流電源系統直流斷路器的配置為4級組成。

（1）    第1級為蓄電池的熔斷器和充電機的直流斷路器；

（2）    第2級為直流饋線屏的熔斷器和直流斷路器

（3）    第3級為直流分屏的熔斷器和直流斷路器

（4）    第4級為保護屏及其他屏的熔斷器和直流斷路器

這4級按樹狀接線，進行輻射供電。每一級上并聯有幾個至幾十個熔斷器和直流斷路器，他們互相影響，構成一個整體。

   目前，地下廠房220V直流系統所采用的各級直流斷路器規格型號，以部分直流斷路器為例；

第1級：充電機出口的熔斷器，直流斷路器和蓄電池組出口熔斷器配置如表6-2所示

表6-2 充電機出口的熔斷器，斷路器和蓄電池組出口熔斷器配置

   第2級：直流I段配電屏的直流斷路器配置如圖6-3所示

表6-3          直流I段配電屏的直流斷路器配置、

第3級：LCU1直流配電盤的直流斷路器配置如表6-4所示

表6-4    LCU1直流配電盤的直流斷路器配置

 第4級：各保護盤柜，設備盤柜內的直流電源斷路器配置如表6-5所示

表6-5  各保護盤柜，設備盤柜內的直流電源斷路器配置

三 保護電器級差配合特性分析

下面從幾個方面對保護電器級差配合特性進行分析

1．交 直流斷路器混用

（1）    斷路器的功能。斷路器是用于當電路中發生過載，短路和欠壓等不正常情況時，能自動分斷電路的電器，也可以用作不頻繁地啟動電動機或接通，分斷電路。它是低壓交，直流配電系統中的重要保護器件之一。具有過載反時限動作斷開和短路快速切除的保護功能。

（2）    斷路器的特征。交，直流斷路器的燃弧及熄弧過程不同。

1）由于直流短路電流的滅弧比交流困難，不像交流電流有過零的特征，容易熄弧。所以直流開關的開斷距離要大于交流斷路器。為更好的提供滅弧能力，在直流斷路器的消弧槽內附加了恒定磁場，它可與直流電弧作用在滅弧室內，使之更容易滅弧，因此，直流斷路器的接線是有極性要求，不能接反。

2）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，下級越級動作

在本次檢查中，并未發現有交流空氣斷路器用于直流系統的現象

1.      直流斷路器的特性問題

各直流斷路器廠家及設計手冊提供的級差配合是按同一型號，同熔體材料確定上下級級差，從而保證能夠滿足保護的選擇性，當回路中的不同類型的直流斷路器時，級差配合應引起高度重視。目前，該電廠所用的直流斷路器動作特性，主要是B特性和C特性

3 直流斷路器的特性分析

 部分直流斷路器額定電流配置不合理，如LCU直流配電盤上直流III,IV段電源直流斷路器為C20A,其下級直流斷路器為C6A,C10A,C16A \,C20A 難與其下級C16A配合，建議換成C32A

四．直流斷路器的選擇原則與建議

  1直流斷路器級差的含義

 直流系統斷路器的級差是指所采用同一系列直流斷路器上下級的額定電流等級之差。

  2直流斷路器額定電流的選擇

   一個站的直流系統所選直流斷路器的級數最多不宜超過4級。保護電器級數是指從蓄電池總出口到直流負荷端其區間的直流斷路器串聯的數量。先根據相關規程規范選擇蓄電池出口及直流負荷端直流斷路器額定電流，然后，對于在中間的直流斷路器根據各級短路電流值進行合理配置 。

（1）    蓄電池組出口回路：直流斷路器的額定電流應按蓄電池1H放電電流值；即鉛酸蓄電池可取5.5I_10，中倍率鎘鎳堿性蓄電池可取7.0 I₅.高倍率堿性鎘鎳蓄電池可取20.0 I₅.

（2）    充電裝置輸出回路：直流斷路器額定電流應按充電裝置額定輸出電流的1.2倍選擇

（3）    直流電動機回路 :直流斷路器額定電流應按直流電動機額定電流選擇

（4）    斷路器電磁機構的合閘回路：直流斷路器額定電流應按電磁機構合閘電流的0.3倍選擇

（5）    直流分電柜電源回路

1）直流斷路器額定電流按直流分電柜上全部用電回路的計算電流之和選擇；

2）為了保證保護電器動作選擇性的要求，直流斷路器的額定電流還應大于直流分電柜饋線直流斷路器的額定電流，他們之間的電流級差不宜小于4級

2.      直流斷路器選擇原則

當直流回路出現故障時，能迅速，準確，可靠地將故障電流從系統中切斷，使故障區域縮小到最小范圍，要求直流斷路器不能拒動，也不能誤動，更不能越級誤動

3.      直流系統級差的配合

為了解決直流斷路器保護級差配合及滿足動作選擇性要求，部分廠家或運行單位往往采用加大斷路器上下級額定電流之間的級差來滿足選擇性的要求，這并不合理，其對此進行分析；

（1）    加大級差是有限制的，一般情況下為2-4級，而不是無限制的；

（2）    在某些情況下，加大級差對直流回路保護是不利的，尤其是電源端和負載端，假如為了滿足保護級差配合和動作選擇性的要求，將斷路器的額定電流隨意加大級差，當發生故障，其故障電流達不到斷路器故障瞬時動作電流值，就只能靠斷路器過載長延時保護來實現斷路器脫扣，這樣長時間通過故障電流會造成電力系統嚴重過載或者短路等后果

同樣，直流電源系統最末端的保護即負載端也不能隨意加大直流斷路器的額定電流，應按照有關規程規定選擇直流斷路器的額定電流。如果直流斷路器的額定電流大于用電設備的實際電流，在回路發生故障時將失去動作的選擇性，造成拒動

4.      建議

(1)   新，擴建或者改造的變電站直流系統用斷路器應采用具有自動脫扣功能的直流斷路器，嚴禁使用普通交流斷路器。應加強直流斷路器上下級之間的級差配合的運行維護管理

(2)   除蓄電池組出口總熔斷器外，逐步將現有運行的熔斷器更換為直流專用斷路器。當直流斷路器與蓄電池組出口總熔斷器配合時，應考慮動作特性的不同，對級差做適當調整

(3)   一個站的直流系統所選直流斷路器的級數最多不宜超過4級，且宜選用用一系列產品