关于直流电源系统级差配合

规程要求原因（一）
1）、严禁在直流电源系统中采用交流或交直流两用断路器，是 因为其分断能力和灭弧能力都不能满足直流的要求，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、直流电弧引起烧坏触 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。 • 2）、熔断器保护特性由于不稳定、熔断时间分散性大，温度 和湿度对其影响较大，而且和接触松紧及熔片是否经受过大 电流冲击有无损伤等因素有密切关系，尤其是在大电流冲击 后特性会发生变化；所以很多基层运行单位都作出这样规定： 熔断器在经受大电流冲击后必须进行检查或更换及运行中应 定期进行检查或更换制度。另外随着变电站无人值班的发展， 熔断器因自身结构的限制熔断后不能报警，不满足运行要求； 二是目前保护成套厂已不再采用熔断器均为直流断路器。建 议运行单位积极创造条件进行改造。
相关标准的规定
• 《直流电源运行规范》 • 第十二条 运行管理 • （8）直流熔断器和华侨断路器应采用质量合格的产品， 其熔断体或定值应按有关规定分级配置和整定，并定期极 性核对，防止因其不正确动作而扩大事故。 • （9）直流电源系统同一条支路中熔断器与空气断路器不 应混用，尤其不应在空气断路器的下级使用熔断器。防止 在回路故障时失去动作选择性。严禁支路回路使用交流空 气断路器。 • 《直流电源系统技术监督》 • 第二十七条 应加强直流系统熔断器的管理，熔断器应按 有关规定分级配置。一个厂、站的直流熔断器或自动空气 断路器，原则上应选用同一厂家系列产品。自动空气断路 器使用前应进行特性和动作电流抽查。同一条支路上直流 熔断器或自动空气断路器不应混合使用，尤其不能在自动 空气断路器之后（下级）再使用熔断器。
相关标准的规定
• 5.3严禁使用交流断路器，交直流断路器应满足开断直流回路 短路电流和动作选择性要求。 • 3、DL/T 724-2000《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与 维护规程》 • 5.3.9C）按图验收 按图更换 • 4、国电发[2000]589号《防止电力生产重大事故的25项重点 要求》 • 20．防止枢纽变电所全停电事故；要求2组蓄电池，3台充电 装置 • 直流母流分段运行，每段母线应分别蓄电池供电，母线设联 络断路器，正常运行处于断开位置。 • 直流熔断器应按有关规定分级配置，加强直流熔断器的管理， 对直流熔断器应采用合格的产品，防止因直流熔断器在正常 熔断而扩大事故。 • 23．防止全厂停电事故； 要求加强蓄电池和直流系统（含逆 变电源）……的维修。
规程要求原因（二）
• 3）、熔断器和直流断路器混合使用不成系列，安秒特性 的不完善也给级差配合带来难题，不宜采用。防止混装尤 其不应在空气断路器的下级使用熔断器，上述标准的理解 和执行尚有不完善和困难之处。 • 4）、断路器和断路器组合使用时，由于不同系列的断路 器其过载反时限特性和短路瞬时脱扣特性不同，级差配合 和选择性应很难满足要求。IEC60898、GB10963.2标准 规定脱扣特性为：B型4～7倍额定电流、C型7～15额定电 流，不同厂家生产的断路器选用的短路瞬时脱扣标准不同， 组合在一起就有很大的差异，往往很难匹配、不能满足动 作选择性的要求，原则上应选用同一制造厂家的系列产品。 • 5）、所以在直流技术监督的规定中明确指出：无论采用 何种保护电器，原则上应选用同一制造厂家的系列产品， 因为不同厂家的产品混用，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、站的断路器或熔断器 原则上应选用同一厂家系列产品；使用前应进行安秒特性 和动作电流的抽检工作。
关于蓄电池直流电源系统短路电流计算 及自动空气断路器的选择
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• 在设备改造时，注重了一次设备和二次保护装置的更新改造、 而忽视了直流电源系统设备及网络的更新改造，尤其是直流 供电网络的更新改造；目前运行中直流电源系统采用的保护 电器是多型号、多厂家、多组合的被动局面，这给直流电源 系统的保护级差配合带来了一定的难度。一旦级差配合不满 足要求、失去动作选择性，其后果比较严重。
级差配合的解决办法（一）
1、简化直流电源接线，从蓄电池到负荷2~3级最好，最多不 应超过4级，当然取消控母合母分家，取消硅降压，闪 光独立供电按规程取消保护，取消环形供电改辐射供 电。 2、新设计的工程，应按设计规程的规定进行。 3现有工程，找出共同点和不放心的配置方案，做些具体试 验研究工作，重点解决如下问题。 ——蓄电池出口保护要计算短路电流，正确选择保护电器。 ——直流母线进线和出线之间的级差（短路电流基本一样）。 ——直流电源末级与直流负荷当出现直流负荷有并联支路时 需要解决。 ——各类保护器件内阻和限流特性。 ——短路电流的计算值（予期值）与实测值的关系。 ——各种保护电器的动作特性。
规程要求原因（三）
• 6）级差配合事故不断出现，直流电源已经影响了电力系 统的安全运行，不应只从标准中找解决方法，而应该根据 具体情况做些工作，地区级的级差配合研究以及数个发电 厂进行设备改造工程也使用一些试验研究（如直接短路） 方案。但研究成果尚没有纳入上述标准之中。
认识问题（一）
1、蓄电池直流电源应该是在蓄电池寿命期中长期浮充运行 的可靠设备，长期开路或不用倒是有问题的。不存在 一组运行一组备用的概念。仅考虑蓄电进行核对性放 电时的解决办法（例如配合主设备检修，50%容量放 电减少停用时间，临时用一组蓄电池替代供电等）。 2、设计规程规定发电厂总容量为100mw上和重要的110kv 变电所，宜装或可装2组蓄电池，这种特定的电力工程 也不解释为一组运行一组备用的概念。 3、蓄电池直流电源系统接线，元件选择的原则是满足交流 事故全停电的1h（2h）内直流负荷的需要，不能越级 停直流电源，供电必需可靠，更不能有任何直流电源 停电现象，
级差配合问题的主要原因及复杂性
• 6、短路电流计算和实测的复杂性，蓄电池内阻是 动态的，计算中无法取得准确值，回路电阻值包 括断路器内阻以及限流性能 （断路器分断时的电 弧限流，熔断器承受冲击电流使熔片改变特性的 限流等）都给短路电流计算带来困难，因此脱扣 器的整定和灵敏度检验也十分困难。 • 7、不同保护电器有不同的保护特性和离散特性， 例如直流断路器瞬动脱扣电流按制造标准规定： 直流微型断路器为7~15In，塑壳断路器为8~12In， 短路电流大小也对断路器的全分断时间有一定分 散性。 • 直流电源设备投运前的安装调试中，也不进行任 何保护级差配合的调试工作。
相关标准的规定
• 6、国家电网公司直流电源系统管理规范 • 《直流电源系统技术标准》： • 5.3.2.2 直流回路中严禁使用交流空气断路器；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 路电流和动作选择性的要求。 • 5.3.2.5直流空气断路器、熔断器应具有安－秒特性曲线， 上下级应大于2级的配合级差，并动作选择性的要求。 • 5.3.2.6 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，尤其不应在空气断路器的下级使用熔断器。 防止在回路故障时失去动作选择性。
级差配合问题的主要原因及复杂性
• 3、熔断器保护由于特性的不稳定性，受温度和湿度影响 较大，而且和接触松紧及熔片是否经受过大电流冲击损伤 有关，有经验的单位在现场运行规程明确规定定期检查或 更换、短路发生后必须更换合格产品。一是随着变电站无 人值班的发展，熔断器因自身结构的限制熔断后不能报警， 不满足运行要求；二是目前保护成套厂已不再采用熔断器 均为直流断路器。建议运行单位积极创造条件进行改造。 • 4、熔断器和直流断路器混装且品牌不成系列，安秒特性 的不完善也给级差配合带来困难。 • 5、直流电源负荷侧的成套继电保护和自动装置保护电器 是由成套厂选用，往往是从供电可靠性出发，而不按满足 最大负荷电流的选择原则，选用了较大额定电流的保护电 器，并且有多路供电的要求。这给直流电源馈线保护电器 的选择和级差配合出了难题。
认识问题（二）
4、设计规程规定的允许2组蓄电池短时并联，是指切换过程 中的短时并联是有条件的。同时规定了不允许任何支路馈 线形成的并联。理解为可能出现的误操作和避免不可控制 的环流。 5、根据有关规定：双重化的要求是除了继电保护和高压断 路器跳闸线圈外，蓄电池直流电源也应该是双重化配置。 但供电电缆可由直流接地检测和短路保护检出故障，不需 双重化。因此简化接线，辐射供电是正确设计。 总之，蓄电池直流电源应该长期可靠运行，不设备用。 所有参数均按交流事故停电1h（2h）时间内直流负荷的 需要选择，保证可靠供电。2组蓄电池的短时并联只能在 直流母线进行。双重化配置应包括蓄电池直流电源，但不 包括馈线电缆。简化接线辐射供电。
二）、相关标准的规定
• 1、DL/T 5644~2004《电力工程直流系统设计技术规程》 • 6.1 保护规定采用直流断路器或熔断器 • 1.熔断器在上而直流断路器在下时，熔断器为直流断路器 额定电流的2倍及以上。 • 2.直流断路器上而熔断器在下时，直流断路器额定电流应 为熔断器额定电流的4倍及以上。 • 7.5规定了直流断路器选择原则；经受冲击电流的安全性， 级差配合，断流能力、选择性+灵敏度计算见附录E。 • 7.6规定了熔断器选择原则； 隔离电器、报警触点、断流 能力、级差配合 • 2、DL/T 459-2000《电力系统直流电源柜订货技术条件》 • 5.3.2.4直流断路器、熔断器应具有安一秒特性曲线，上下 级应大于2级的配合级差。
相关标准的规定
• 5、国家电网公司十八项电网重大反事故措施： • 13.2.2、 加强直流系统熔断器的管理，防止越级熔断： • 13.2.2.1、各级熔断器的定值整定应保证级差的合理配合。 上、下级熔体之间（同一系列产品）额定电流值，应保证 2～4级级差，电源端选择上限，网络末端选择下限。 • 13.2.2.2、为防止事故情况下蓄电池组总熔断器无选择性 熔断，该熔断器与分熔断器之间，应保证3～4级级差。 • 13.2.3、 加强直流系统用直流断路器的管理： • 13.2.3.1、新、扩建或改造的变电站直流系统用断路器应 采用具有自动脱扣功能的直流断路器，不应用普通交流断 路器替代。在用直流系统用断路器如采用普通交流开关的， 应及时更换具有自动脱扣功能的直流断路器。 • 13.2.3.2、当直流断路器与熔断器配合时，应考虑动作特 性的不同，对级差做适当调整，直流断路器下一级不应再 接熔断器。
相关标准的规定
• 直流电源系统各级熔断器或自动空气断路器的选择必须保证级 差配合合理，防止越级跳闸。 • 不同厂家的产品混用，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、站的直流熔断器或自动空气断路器， 原则上应选用同一厂家系列产品。 • 空气断路器与熔断器混合保护的级差配合比较困难，由于无时 限的空气断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。无论空气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（下级）再使用熔断器，这样，级差配合更加困难。《预防 直流电源系统事故措施》 • 第十一条 直流系统熔断器应分级配置，上下级熔体应满足选择 性配合要求。一个站的直流熔断器或自动空气断路器，原则上 应选用同一制造厂系列产品。使用前宜进行安秒特性和动作电 流抽检，同一条支路上的空气开关和熔断器不宜混合使用。 • 直流回路中采用空气自动空气断路器时，必须选用合格的直流 空气断路器，严禁采用交流空气断路器。对已经采用的，必须 安排更换。
二、造成直流系统级差不配合的主要原因 和解决的措施：
一）、级差配合问题的主要原因及复杂性 • 1、接线复杂。原则上应该简化接线即蓄电池接单母线运 行辐射供电。但是目前的控制合闸母线环行供电；硅降压， 闪光母线不变的情况下，强制将熔断器改为直流断路器级 差配合是十分复杂的，短路电流无法计算，控母合母馈线 合用断路器，控母闪光合用断路器无法整定瞬动脱扣器等 一系列问题没有很好解决。 • 2、交流或交直流两用断路器应用在直流电源中，其降容 能力，临界分断能力，没有产品数据，试验证明交流断路 器的分断能力仅为直流断路器的分断能力的1/5~1/8，额 定电流分断直流电流弧光引起烧坏触头现象经常发生，全 分断时间的不确定性，也是级差配合中成为难题。