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浅谈直流断路器的选用原则和方法

作者:   发布时间:2015-11-19

    目前,在发电厂和变电中有一部分直流电源系统的直流回路保护处于熔断器、交流断路器和交直流两用断路器及直流断路器混合使用的现象,造成直流回路保护电器级差配合不合理、动作选择性差等问题,直流电源系统的现状不能满足电网安全运行的要求。
    1、直流系统断路器的选择要求
    直流回路中严禁使用交流空气断路器;由于交流电弧与直流电弧具有不同的灭弧机理,决定了交流和直流真空断路器的灭弧室具有根本的差异,交流空气断路器不具备熄灭直流短路电弧的能力。因此,直流回路中严禁使用交流空气断路器。试验和运行实践都证明了交流断路器的分断能力仅为直流断路器的分断能力的1/5—1/8,额定电流分断时、直  电弧引起烧坏触头现象时有发生,全分断时间的不确定性,也是级差配合中的难题。
    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导则选择性的要求。
    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,由于断路器与熔断器混合保护的级差配合比较困难,由于无时限的空气路器的脱扣速度基本不随电流的大小变化,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失去动作选择性。因此,应尽量避免这种组合保护方式。尤其不能在自动空气断路器之后再使用熔断器,这样,级差配合更加困难,防止在回路故障时失去动作选择性。
由于直流断路器具有分断能力高、分断速度快、飞弧短、体积小、规格齐全等特点,目前被广泛应用在变电站成套直流电源装置之中。不同厂家的产品尽量不混用,由于动作特性的分散性,有可能失去动作选择性。所以,一个厂、站的直流断路器,原则上应选用同一厂家系列产品。
     直流电源系统各级直流断路器的选择必须保证级差配合合理,防止越级跳闸。
     2、直流断路器的选用原则和方法
     2.1 保护电器级差的含义
     直流电源系统保护电器的级差是指所采用的同一系列保护电器上下级的额定电流等级之差。

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     2.2  断路器选择的原则
    当直流回路出现故障时,能迅速、准确、可靠地将故障电流从系统中切断、使故障区域缩小到最小范围,要求断路器它不应不能拒动、也不能误动、更不能越级误动。
    2.3  断路器灵敏度系数计算
    首先计算直流电源系统各有关短路点处的短路电流,根据短路电流计算各有关短路点所采用的断路器动作灵敏度系数,并使灵敏度系数避开可能误动区间(G系列o.8~1.25),对故障点处的断路器动作灵敏度系数应大于1.25,对短路点处的上一级断路器动作系数应小于0.8;若不满足动作灵敏  度系数要求时,可调整断路器上下级之间的电流级差配合系数。
    2.4  直流回路断路器额定电流的选择
    一个站的直流电源系统所选断路器的级数最多不宜超过4级。保护级数是指从蓄电池总出口到负荷端其区间的断路器串联的数量称为保护级数。
    先根据相关规程规范选择蓄电池出口及负荷端断路器额定电流,然后  对处在中间的断路器根据2~4的级差进行合理配置,电源端选上限, 负荷端选下限。
   (1)、蓄电池组出口回路:断路器的额定电流应按蓄电池1小时放电电流值;即铅酸蓄电池可取5.5I10,中倍率镉镍碱性蓄电池可取7.0I5,高倍率碱性镉镍蓄电池可取20.0I5;
   (2)、充电装置输出回路;断路器额定电流应按充电装置额定输出电流的1.2倍选择;
   (3)、直流电动机回路:断路器额定电流应按直流电机额定电流选择(In=Idj);
   (4)、断路器电磁机构的合闸回路:断路器额定电流应按电磁机构合闸电流的0.3倍选择;
   (5)、直流分电柜电源回路
    a)断路器额定电流按直流分电柜上全部用电回路的计算电流之和选择:
    b)为了保证保护动作选择性的要求,断路器的额定电流还应大于直流分电柜馈线断路器的额定电流,它们之间的电流级差不宜小于4级。
    2.5系统级差配合
   为了解决直流电源系统保护级差配合和满足动作选择性的要求,一般采用的措施是加大断路器上下级保护电器的电流级差:在这里提醒注意的是加大级差是有限制的一般情况下为2~4级、而不是无限制的,这样会出现时短路电流达不到断路器短路瞬时动作电流值、只能靠断路器过载长延时保护来实现断路器脱扣,这样长时间通过短路电流会造成严重后果。
   北京人民电器厂于研制成功并批量生产的G系列全选择性三段保护直流断路器(过载长延时保护+短路短延时保护+短路瞬时保护)的出现,通常情况下可按标准规范选择,对于蓄电池组电源系统的级差配合,可以简化计算短路电流,不需要考虑回路电阻、电缆截面、电缆热稳定等参数。上下级断路器只需要按额定电流等级选择,就能实现直流电源系统全选择性三段保护。二段保护和三段保护断路器,可以满足100~3000Ah蓄电池直流电源系统从蓄电池出口至负荷处,1~4级的各级保护级差配合的要求。可以满足系统保护级差实现全选择性的要求。
   3 结束语
   运行实践告诉我们交流断路器、交直流两用断路器都不能满足直流电源系统的保护要求;如果采用直流断路器一旦级差配合不合适同样在故障情况下也可能造成拒动、误动、越级等现象,甚至出现全站直流电源失压,其后果不堪设想。
  而二段保护断路器也不能完全解决直流电源系统的级差配合和动作满足动作选择性的要求。所以选用三段式保护的断路器可以满足系统保护级差实现全选择性的要求。
       

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