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技術(shù)文章

直流高壓發(fā)生器配合試驗(yàn)研究

在直流回路中，直流高壓發(fā)生器配合試驗(yàn)研究主要的保護(hù)元件，可作為饋線回路供電網(wǎng)絡(luò)斷開和隔離之用，其選型和動(dòng)作值整定是否適當(dāng)以及上下級(jí)之間是否具有保護(hù)的選擇性配合，直接關(guān)系到能否把系統(tǒng)的故障限制在*小范圍內(nèi)，這對(duì)防止系統(tǒng)破壞、事故擴(kuò)大和主設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞至關(guān)重要。因此，加強(qiáng)熔斷器、斷路器選擇及配置的準(zhǔn)確性，對(duì)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的**可靠性具有重要意義。
1　級(jí)差配合存在的主要問題
　　由于變電站直流系統(tǒng)供電內(nèi)容多，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)置斷路器或熔斷器進(jìn)行保護(hù)，并往往分成三級(jí)或四級(jí)串聯(lián)，這就存在著正確選擇保護(hù)方案和保護(hù)上下級(jí)之間的配合問題。
1．1　交直流斷路器混用
　　由于交、直流的燃弧及熄弧過程不同，額定值相同的交直流斷路器開斷直流電源的能力并不完全一樣，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(hù)越級(jí)誤動(dòng)的主要原因之一。
　　斷路器瞬時(shí)動(dòng)作采用磁脫扣原理，判據(jù)為通過的電流峰值，斷路器標(biāo)定的額定值為有效值，而交流電的峰值高于有效值，在相同定值下，在直流回路中交流斷路器實(shí)際額定值高于直流斷路器。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(jí)越級(jí)動(dòng)作。
1．2　熔斷器質(zhì)量及參數(shù)問題
　　各生產(chǎn)廠家提供的熔斷器技術(shù)數(shù)據(jù)是在產(chǎn)品型式試驗(yàn)時(shí)得到的，直流高壓發(fā)生器配合試驗(yàn)研究，且校驗(yàn)熔斷器的分?jǐn)嗄芰κ窃诮涣麟娫粗芷诜至坑行е迪伦龅模垠w動(dòng)作選擇配合特性曲線也是交流安秒特性曲線。這與變電站直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)的實(shí)際情況有一定差距。
　　各熔斷器廠家及設(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)差，從而保證滿足選擇性的，當(dāng)回路中有不同類型的熔斷器時(shí)，熔斷器之間的級(jí)差配合更應(yīng)引起高度重視。同時(shí)，由于目前低壓電器生產(chǎn)廠家較多，不???完全保證產(chǎn)品質(zhì)量，所以即使同一廠家、同一型號(hào)的熔體，其參數(shù)也有一定的分散性。
1．3　上、下級(jí)間的額定值級(jí)差選擇不當(dāng)
　　熔斷器采用熱效應(yīng)原理，而斷路器是磁效應(yīng)與熱效應(yīng)相結(jié)合，安秒特性曲線不同，配合級(jí)差也不同。對(duì)于斷路器之間、斷路器與熔斷器之間的級(jí)差配合不應(yīng)照搬熔斷器間的配合規(guī)定。
2　熔斷器、直流斷路器級(jí)差配置現(xiàn)場試驗(yàn)
　　為了適應(yīng)新頒DL/T5044－2003《電力工程直魃杓萍際豕娉獺?直流高壓發(fā)生器配合試驗(yàn)研究，以下簡稱設(shè)計(jì)規(guī)程)有關(guān)規(guī)定，驗(yàn)證變電站直流系統(tǒng)中斷路器和熔斷器幾種典型的級(jí)差配置方案是否滿足選擇性保護(hù)的要求，探索直流斷路器之間的級(jí)差配合、直流斷路器與熔斷器的配合及其上下級(jí)之間的選擇配置，選擇了石家莊供電公司所轄變電站直流系統(tǒng)中部分直流斷路器、熔斷器的典型保護(hù)級(jí)差配合方案進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，并對(duì)具備延時(shí)功能的三段式直流斷路器也進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)了實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)的配合條件。
2．1　短路電流的選取
　　按照直流斷路器及熔斷器安裝現(xiàn)場可能出現(xiàn)的*大短路電流，將試驗(yàn)元件串聯(lián)安裝進(jìn)行短路試驗(yàn)。為保證試驗(yàn)電流高于現(xiàn)場可能出現(xiàn)的*大短路電流，增加了適當(dāng)裕度，短路電流選取結(jié)果為：
　　a．300 Ah及200 Ah蓄電池組，對(duì)于合閘饋出線電纜短路故障，短路電流選2 000 A。
　　b．100 Ah蓄電池組，對(duì)于合閘饋出線電纜短路故障，短路電流選1000 A。
　　c．控制、保護(hù)回路末端熔斷器或直流斷路器出口短路，短路電流選200 A。
2．2　試驗(yàn)方案及結(jié)果
　　經(jīng)對(duì)變電站直流系統(tǒng)安裝使用的保護(hù)電器進(jìn)行調(diào)查，按照設(shè)計(jì)規(guī)程有關(guān)規(guī)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(xiàng)試驗(yàn)方案。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

2．3　結(jié)果分析
2．3．1　熔斷器—熔斷器
　　設(shè)計(jì)規(guī)程要求：如果裝設(shè)熔斷器的型號(hào)和各熔件材料相同，直流高壓發(fā)生器配合試驗(yàn)研究，為保證選擇性，必須使電路中相鄰兩級(jí)熔斷器熔件的額定電流的級(jí)差至少相差兩級(jí)。
　　本次試驗(yàn)的前提是選取了同廠、同型號(hào)、同批次的產(chǎn)品。因其具有相同的安秒特性，兩級(jí)級(jí)差的配合，在短路電流達(dá)到上級(jí)的10～30倍范圍內(nèi)，均正確動(dòng)作，表現(xiàn)出良好的配合特性。石家莊供電公司曾對(duì)變電站直流回路的熔斷器進(jìn)行了統(tǒng)一更換，具備此項(xiàng)試驗(yàn)的現(xiàn)場條件。
2．3．2　斷路器—熔斷器
　　設(shè)計(jì)規(guī)程要求：斷路器下**可裝設(shè)熔斷器作為保護(hù)電器，斷路器的額定電流應(yīng)大于熔斷器的額定電流4倍及以上。
此項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)規(guī)程相吻合。
　　但此項(xiàng)試驗(yàn)的前提是短路電流為上級(jí)額定電流的8～9倍，剛進(jìn)入上級(jí)斷路器的速斷區(qū)，如果短路 <--→參考文獻(xiàn)CH(開始)-->電流增大到一定值時(shí)，按照參考文獻(xiàn)［2］中的試驗(yàn)結(jié)果，上、下級(jí)會(huì)同時(shí)動(dòng)作，造成越級(jí)。因此，在工程應(yīng)用中，除斷路器的額定電流應(yīng)大于熔斷器的額定電流4倍及以上外，還應(yīng)核定*大短路電流不應(yīng)超過上級(jí)斷路器額定電流的10倍。
2．3．3　熔斷器—斷路器
　　此項(xiàng)試驗(yàn)條件嚴(yán)于設(shè)計(jì)規(guī)范，熔斷器的額定電流大于斷路器額定電流的1．6倍。試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)規(guī)范相吻合。
　　但此項(xiàng)試驗(yàn)的短路電流是上級(jí)熔斷器額定電流的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**選擇，其*大短路電流在此范圍內(nèi)，能夠與下**斷路器配合，不必核定*大短路電流。
　　b．如用于回路下級(jí)，因熔斷器的熔斷速度隨短路電流增加而加快，而斷路器的脫扣速度基本不變，在短路電流大到一定程度時(shí)，二者動(dòng)作接近而造成越級(jí)。參考文獻(xiàn)［2］的試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了此點(diǎn)。
<--→參考文獻(xiàn)CH(開始)-->　　因此，在工程應(yīng)用中，除斷路器的額定電流應(yīng)大于熔斷器的額定電流4倍及以上外，還應(yīng)核定*大短路電流不超過上級(jí)斷路器額定電流的10～12倍。
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(jí)開關(guān)額定電流的8～10倍范圍、4～5級(jí)級(jí)差配合下，正確動(dòng)作，配合良好。
　　但如果短路電流達(dá)到或超過上級(jí)斷路器額定電流的10倍時(shí)，上下級(jí)斷路器均進(jìn)入速動(dòng)區(qū)，同時(shí)動(dòng)作，造成越級(jí)跳閘。
　　另外，因塑殼式直流斷路器的固有動(dòng)作時(shí)間高于微型斷路器，因此上級(jí)配塑殼斷路器、下級(jí)配微型斷路器的配合，其具備選擇性的短路電流值要高于同型配合，據(jù)國內(nèi)有關(guān)試驗(yàn)，其選擇性極限電流延伸到約為20倍左右的上級(jí)額定電流。
2．3．4．2　三段式直流斷路器
　　三段式直流斷路器，上級(jí)為三段式，下級(jí)為兩段式或三段式直流斷路器時(shí)，級(jí)差為2級(jí)，在短路電流為上級(jí)斷路器額定電流的25～40倍范圍均正確動(dòng)作。
　　設(shè)計(jì)規(guī)程對(duì)三段式直流斷路器的級(jí)差配合未做規(guī)定。從試驗(yàn)結(jié)果看，由于上級(jí)斷路器短延時(shí)時(shí)間大于下級(jí)斷路器全分?jǐn)鄷r(shí)間，上級(jí)短延時(shí)能夠返回，因此可以實(shí)現(xiàn)小級(jí)差配合，而且不須考慮短路電流的影響，能夠適應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)程關(guān)于直流分電屏設(shè)計(jì)方案中多級(jí)配合的要求。
3　直流系統(tǒng)保護(hù)方案選擇建議
3．1　熔斷器—熔斷器配合
　　應(yīng)選用正規(guī)生產(chǎn)廠家同廠、同型號(hào)的產(chǎn)品，可方便地用于對(duì)變電站原有熔斷器的統(tǒng)一更換工作。但對(duì)于新建站，由于熔斷器均為設(shè)備自帶，難以保證同廠、同型號(hào)，特別是難以保證設(shè)計(jì)規(guī)范要求的“各熔件材料相同”的要求，因此，不同廠家、型號(hào)的熔斷器配合，應(yīng)加大級(jí)差。
3．2　熔斷器與斷路器(兩段式)間及同型兩段式斷路器間的配合
　　除應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)程執(zhí)行外，還應(yīng)核定*大短路電流不應(yīng)超過上級(jí)元件額定電流的8～10倍。
3．3　不同型號(hào)斷路器的配合
　　應(yīng)考慮斷路器的固有動(dòng)作時(shí)間，必須保證上級(jí)斷路器固有動(dòng)作時(shí)間不小于下級(jí)固有動(dòng)作時(shí)間。推薦采用上級(jí)塑殼式斷路器、下級(jí)微型斷路器的配合。
3．4　三段式斷路器
　　采用三段式斷路器可以實(shí)現(xiàn)小級(jí)差配合，而且不必考慮短路電流的影響，能夠適應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)程關(guān)于直流分電屏設(shè)計(jì)方案中多級(jí)配合的要求。
DMB-10型直流斷路器安秒特性測試儀是河北創(chuàng)科電子科技有限公司研制的，經(jīng)試用效果良好值得推廣。

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