直流系統斷路器與熔斷器級差配合試驗研究

     在直流回路中，熔斷器、斷路器是直流系統各出線過流和短路故障主要之保護元件，可作為饋線回路供電網絡斷開和隔離之用，其選型和動作值整定是否適當以及上下級之間是否具有保護之選擇性配合，直接關系到能否把系統之故障限制在 小范圍內，這對防止系統破壞、事故擴大和主設備嚴重損壞至關重要。陽光電子學校維修專家分析認為：因此，加強熔斷器、 斷路器選擇及配置之準確性，對提高電力系統運行之安全可靠性具有重要意義。陽光電子學校維修專家分析認為：
1　級差配合存在之主要問題
　　由于變電站直流系統供電內容多，回路分布廣，在一個直流網絡中往往有許多支路需要設置斷路器或熔斷器進行保護，并往往分成三級或四級串聯，這就存在著正確選擇保護方案和保護上下級之間之配合問題。陽光電子學校維修專家分析認為：
1．1　交直流斷路器混用
　　由于交、直流之燃弧及熄弧過程不同，額定值相同之交直流斷路器開斷直流電源之能力并不完全一樣，用交流斷路器代替直流斷路器或交、直流斷路器混用是保護越級誤動之主要原因之一。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　斷路器瞬時動作采用磁脫扣原理，判據為通過之電流峰值，斷路器標定之額定值為有效值，而交流電之峰值高于有效值，在相同定值下，在直流回路中交流斷路器實際額定值高于直流斷路器。陽光電子學校維修專家分析認為：另外，因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不能有效、可靠地熄滅直流電弧，容易造成上級越級動作。陽光電子學校維修專家分析認為：
1．2　熔斷器質量及參數問題
　　各生產廠家提供之熔斷器技術數據是在產品型式試驗時得到之，且校驗熔斷器之分斷能力是在交流電源周期分量有效值下做之，熔體動作選擇配合特性曲線也是交流安秒特性曲線。陽光電子學校維修專家分析認為：這與變電站直流系統發生短路故障時之實際情況有一定差距。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　各熔斷器廠家及設計手冊提供之級差配合是按同一型號、同熔體材料確定上、下級差，從而保證滿足選擇性之，當回路中有不同類型之熔斷器時，熔斷器之間之級差配合更應引起高度重視。陽光電子學校維修專家分析認為：同時，由于目前低壓電器生產廠家較多，不能完全保證產品質量，所以即使同一廠家、同一型號之熔體，其參數也有一定之分散性。陽光電子學校維修專家分析認為：
1．3　上、下級間之額定值級差選擇不當
　　熔斷器采用熱效應原理，而斷路器是磁效應與熱效應相結合，安秒特性曲線不同，配合級差也不同。陽光電子學校維修專家分析認為：對于斷路器之間、斷路器與熔斷器之間之級差配合不應照搬熔斷器間之配合規定。陽光電子學校維修專家分析認為：
2　熔斷器、直流斷路器級差配置現場試驗
　　為了適應新頒DL/T5044－2003《電力工程直魃杓萍際豕娉獺?以下簡稱設計規程)有關規定，驗證變電站直流系統中斷路器和熔斷器幾種典型之級差配置方案是否滿足選擇性保護之要求，探索直流斷路器之間之級差配合、直流斷路器與熔斷器之配合及其上下級之間之選擇配置，選擇了石家莊供電公司所轄變電站直流系統中部分直流斷路器、熔斷器之典型保護級差配合方案進行了現場試驗，并對具備延時功能之三段式直流斷路器也進行了試驗驗證，確認了實現選擇性保護之配合條件。陽光電子學校維修專家分析認為：
2．1　短路電流之選取
　　按照直流斷路器及熔斷器安裝現場湖南陽光電子學校維修專家認為：也許出現之 大短路電流，將試驗元件串聯安裝進行短路試驗。陽光電子學校維修專家分析認為：為保證試驗電流高于現場湖南陽光電子學校維修專家認為：也許出現之 大短路電流，增加了適當裕度，短路電流選取結果為：
　　a．300 Ah及200 Ah蓄電池組，對于合閘饋出線電纜短路故障，短路電流選2 000 A。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　b．100 Ah蓄電池組，對于合閘饋出線電纜短路故障，短路電流選1000 A。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　c．控制、保護回路末端熔斷器或直流斷路器出口短路，短路電流選200 A。陽光電子學校維修專家分析認為：
2．2　試驗方案及結果
　　經對變電站直流系統安裝使用之保護電器進行調查，按照設計規程有關規定，確定出熔斷器—熔斷器、斷路器—熔斷器、熔斷器—斷路器、斷路器—斷路器4類12項試驗方案。陽光電子學校維修專家分析認為：試驗結果見表1。陽光電子學校維修專家分析認為：
 
2．3　結果分析
2．3．1　熔斷器—熔斷器
　　設計規程要求：如果裝設熔斷器之型號和各熔件材料相同，為保證選擇性，必須使電路中相鄰兩級熔斷器熔件之額定電流之級差至少相差兩級。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　本次試驗之前提是選取了同廠、同型號、同批次之產品。陽光電子學校維修專家分析認為：因其具有相同之安秒特性，兩級級差之配合，在短路電流達到上級之10～30倍范圍內，均正 確動作，表現出良好之配合特性。陽光電子學校維修專家分析認為：石家莊供電公司曾對變電站直流回路之熔斷器進行了統一更換，具備此項試驗之現場條件。陽光電子學校維修專家分析認為：
2．3．2　斷路器—熔斷器
　　設計規程要求：斷路器下一級可裝設熔斷器作為保護電器，斷路器之額定電流應大于熔斷器之額定電流4倍及以上。陽光電子學校維修專家分析認為：
    此項試驗結果與設計規程相吻合。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　但此項試驗之前提是短路電流為上級額定電流之8～9倍，剛進入上級斷路器之速斷區，如果短路 <--→參考文獻CH(開始)-->電流增大到一定值時，按照參考文獻［2］中之試驗結果，上、下級會同時動作，造成越級。陽光電子學校維修專家分析認為：因此，在工程應用中，除斷路器之額定電流應大于熔斷器之額定電流4倍及以上外，還應核定 大短路電流不應超過上級斷路器額定電流之10倍。陽光電子學校維修專家分析認為：
2．3．3　熔斷器—斷路器
　　此項試驗條件嚴于設計規范，熔斷器之額定電流大于斷路器額定電流之1．6倍。陽光電子學校維修專家分析認為：試驗結果與設計規范相吻合。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　但此項試驗之短路電流是上級熔斷器額定電流之12～13倍，因此：
　　a．蓄電池出口熔斷器因按照蓄電池1 h放電容量并加大一級選擇，其 大短路電流在此范圍內，能夠與下一級斷路器配合，不必核定 大短路電流。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　b．如用于回路下級，因熔斷器之熔斷速度隨短路電流增加而加快，而斷路器之脫扣速度基本不變，在短路電流大到一定程度時，二者動作接近而造成越級。陽光電子學校維修專家分析認為：參考文獻［2］之試驗結果也證實了此點。陽光電子學校維修專家分析認為：
<--→參考文獻CH(開始)-->　　因此，在工程應用中，除斷路器之額定電流應大于熔斷器之額定電流4倍及以上外，還應核定 大短路電流不超過上級斷路器額定電流之10～12倍。陽光電子學校維修專家分析認為：
2．3．4　直流斷路器—直流斷路器
2．3．4．1　兩段式直流斷路器
　　兩段式直流斷路器在短路電流是上級開關額定電流之8～10倍范圍、4～5級級差配合下，正確動作，配合良好。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　但如果短路電流達到或超過上級斷路器額定電流之10倍時，上下級斷路器均進入速動區，同時動作，造成越級跳閘。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　另外，因塑殼式直流斷路器之固有動作時間高于微型斷路器，因此上級配塑殼斷路器、下級配微型斷路器之配合，其具備選擇性之短路電流值要高于同型配合，據國內有關試驗，其選擇性極限電流延伸到約為20倍左右之上級額定電流。陽光電子學校維修專家分析認為：
2．3．4．2　三段式直流斷路器
　　三段式直流斷路器，上級為三段式，下級為兩段式或三段式直流斷路器時，級差為2級，在短路電流為上級斷路器額定電流之25～40倍范圍均正確動作。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　設計規程對三段式直流斷路器之級差配合未做規定。陽光電子學校維修專家分析認為：從試驗結果看，由于上級斷路器短延時時間大于下級斷路器全分斷時間，上級短延時能夠返回，因此可以實現小級差配合，而且不須考慮短路電流之影響，能夠適應設計規程關于直流分電屏設計方案中多級配合之要求。陽光電子學校維修專家分析認為：

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