±10kV直流断路器技术要求

ICS29.240.01F10/19T/CECT/CECxxx—FORMTEXT201810kV直流断路器通用技术要求GeneralTechnicalRequirementsfor10kVDirectCurrentCircuit-Breakerxxxx-xx-xx发布xxxx-xx-xx实施FORMTEXT中国电力企业联合会   发布目  次目  次 2前  言 错误！未定义书签。10kV直流断路器通用技术要求 31范围 32规范性引用文件 33术语和定义 44使用条件 64.1正常使用的环境条件 64.2正常使用的电网技术 64.3特殊使用条件 65一般要求 66技术要求 76.1机体和结构质量 76.2额定直流电压 76.3额定直流电流 76.4通态压降 76.5过载能力 76.6额定截断电流 86.7开断时间 86.8剩余电流 86.9绝缘水平 86.10机械操作次数 86.11噪声水平 86.12电磁兼容性(EMC) 86.13防火防爆技术要求 87型式试验 98出厂试验 129现场试验 13附录A（资料性附录）±10kV直流断路器类型与结构说明 14附录B（资料性附录）开断时间与剩余电流说明 1610kV直流断路器通用技术要求范围本标准规定了10kV直流断路器的通用技术要求。本标准适用于各种技术方案的10kV直流断路器（以下简称直流断路器），其中包括机械式、混合式与电力电子式。接入其他电压等级的直流断路器也可参考本标准。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB311.1高压输变电设备的绝缘配合GB/T1984高压交流断路器GB39063.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备GB3983.2高电压并联电容器GB10229电抗器GB11032交流无间隙金属氧化物避雷器GB/T191包装储运图示标志GB/T2900.32电工术语电力半导体器件GB/T2900.50电工术语发电、输电及配电通用术语GB/T11022高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求GB/T13384机电产品包装通用技术条件GB/T14285继电保护和安全自动装置技术规程GB/T16927.1高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求(IEC60060-1:2010，eqv)GB/T17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验(IEC61000-4-2:2001，idt)GB/T17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验(IEC61000-4-3:2002，idt)GB/T17626.4电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验(IEC61000-4-4:2004，idt)GB/T17626.5电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验(IEC61000-4-5:2005，idt)GB/T17626.6电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度(IEC61000-4-6，idt)GB/T17626.8电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验GB/T17626.9电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验GB/T17626.10电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验GB/T17626.11电磁兼容试验和测量技术电压暂降短时中断和电压变化的抗扰度试验(IEC61000-4-11:2004，idt)GB/T17626.18电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡波抗扰度试验GB/T 20990.1高压直流输电晶闸管阀 第1部分：电气试验GB/T35727GB/T50150GB/T13540GB/T7354GB/T321中低压直流配电电压导则电气装置安装工程电气设备交接试验标准高压开关设备和控制设备的抗震要求高电压试验技术局部放电测量优先数和优先数系DL/T402高压交流断路器订货技术条件DL/T615交流高压断路器参数选用导则JB/T3855高压真空断路器术语和定义下列术语和定义适用于本文件。直流断路器DCcircuit-breaker定义：能够关合、承载和开断直流系统中的运行电流，并能在规定的时间内关合、承载和分断直流系统故障电流的设备。直流断路器按照其开断元件类型分为机械式、电力电子式和混合式，一般包括主通流支路、电流转移支路和能量吸收支路。其拓扑见附录A.1。主通流支路用于承载运行电流，并在电流转移支路配合下具有开断主通流支路电流的能力。结构如附录A.2所示。电流转移支路用于将电流从主通流支路转移至能量吸收支路。结构如附录A.3所示能量吸收支路用于吸收直流断路器开断过程中的能量。机械式直流断路器mechanicaltypeDCcircuit-breaker主通流支路采用机械式开关，且具有明显断点；电流转移支路一般采用谐振电路或其改进电路；能量吸收支路一般采用避雷器。电力电子式直流断路器powerelectronictypeDCcircuit-breaker主通流支路采用电力电子器件，分为全控型和半控型；全控型一般仅包含主通流支路和能量吸收支路，半控型除包含主通流支路和能量吸收支路外，还需包含电流转移支路；能量吸收支路一般采用避雷器。混合式直流断路器HybirdtypeDCcircuit-breaker主通流支路采用快速机械式开关，且具有明显断点，或机械开关串联少量的全控型电力电子器件；电流转移支路一般采用全控型电力电子器件，也可采用半控型电力电子器件；能量吸收支路一般采用避雷器。快速机械开关Fastmechanicalswitch能够在几毫秒内开断并耐受直流断路器暂态分断电压的机械开关。剩余电流开断装置residualcurrentinterruptingdevice用于开断剩余电流的开断装置（如有）。额定直流电压ratedDCvoltage在规定的使用和性能条件下，应能够持续承载的直流电压值，单位为伏特（V）。注：I0为额定直流电流，U0为额定直流电压，I剩余为剩余电流，I截断为截断电流。直流断路器开断过程电压、电流趋势示意图额定直流电流ratedDCcurrent在规定的使用和性能条件下，应能够持续承载的直流电流值，单位为安培（A）。额定短路电流ratedshort-circuitcurrent系统短路后，线路出现的最大值的电流，单位为安培（A）。截断电流cut-offcurrent直流断路器在开断过程中截断的最大瞬时电流值，单位为安培（A）。额定截断电流ratedcut-offcurrent额定截断电流指在开断额定短路电流过程中能够截断的最大瞬时电流值，单位为安培（A）。截断时间cut-offtime直流断路器从收到断开指令到截断所承载电流需要的时间，单位为毫秒（ms）。开断时间Breakingtime直流断路器收到开断指令到线路电流衰减至剩余电流的时间，单位为毫秒（ms）。剩余电流residualcurrent直流断路器在开断过程后，流过直流断路器的必须通过外部辅助开关分断的稳态电流，单位为安培（A）。截断电流上升率额定截断电流与短路起始时刻电流的差值与对应时间间隔的比值。如图1所示，截断电流上升率为∆I/∆T。瞬态开断电压Transientbreakingvoltage在开断电流过程中直流断路器两端产生的瞬态电压，单位为伏特（V）。瞬态开断电压峰值（Transientbreakingvoltagepeak）直流断路器开断电流过程中断路器两端产生的电压最大值，单位为伏特（V）。使用条件正常使用的环境条件若无其他规定，符合本标准的直流断路器在下列环境条件下，应能以正常方式运行：a)使用环境温度：室内型为-10~+40，户外型为-25~+60（无阳光直射）；相对湿度不大于95%，无凝露。b)无剧烈震动冲击，垂直倾斜度不大于。c)空气中应不含有腐蚀性及爆炸性微粒和气体。正常使用的电网条件若无其他规定，符合本标准的直流断路器在下列电网条件下，应能以正常方式运行：电网直流电压10kV、10kV，直流电压偏差不大于±10%。特殊使用条件如果直流断路器在异于4.1和4.2规定的条件下使用，用户应在订货时提出，并与制造厂或供货商取得协议。一般要求正常及特殊使用条件除第4章规定的，其他条件应满足GB/T11022-2011第二章的要求。±10kV直流断路器应具有经济性，适用于配电网馈出线路多、网络结构复杂的运行场景。±10kV直流断路器应装设分、合闸状态指示器，其安装部位应清晰可见。±10kV直流断路器铭牌应清晰明示额定直流电压、额定直流电流、额定截断电流、截断电流上升率、开断时间、过载能力、额定直流耐受电压、额定雷电冲击耐受电压。±10kV直流断路器应在规定的各种工况下达到开断性能且不发生拒动或者误动。（可靠性要求）±10kV直流断路器各组成设备均应具有抗腐蚀性或经过抗腐蚀处理。（安全性）±10kV直流断路器的运输、存储和安装，应满足GB/T11022-2011中5.18的要求。（安全性）±10kV直流断路器的电磁兼容（EMC）性，应满足GB/T11022-2011中5.18的要求。（安全性）±10kV直流断路器在应用中需考虑开断过程对直流配电系统的影响，如开断过程中的过电流等。±10kV直流断路器应满足快速重合闸要求。±10kV直流断路器能量吸收支路的最大吸收能力应满足多次重合闸要求，且应留有安全裕度。技术要求机体和结构质量应符合下列要求：a)机架组装有关零件均符合各自的技术要求；b)油漆电镀应牢固、平整，无剥落、锈蚀及裂痕等现象；c)机架面板平整，文字和符号要求清楚、整齐、规范、正确；d)标牌、标志、标记应完整清。额定直流电压与直流系统母线形式、直流断路器配置方式有关，分为10kV、20kV。a)当直流系统母线采用对称单极输出（10kV）时，并在正、负极都设置直流断路器，其额定直流电压为10kV；仅在一级母线设置直流断路器，其额定直流电压为20kV。b)当直流系统母线采用双极输出，在正、负极都设置直流断路器情况下，其额定直流电压为正极或负极对地10kV。额定直流电流额定直流电流由下列值中选取，200A、400A、500A、630A、1000A、1250A。通态压降通流压降应不超过0.2V。过载能力过载能力指直流断路器能达到的运行过电流倍数和持续时间。±10kV直流断路器应满足：a)1.1倍额定直流电流应能连续运行；b)1.2倍额定直流电流运行时间不低于10s；c)超出上述过载能力时，应具备可靠保护，有特殊需求时应由供需双方协商。额定截断电流选择的额定截断电流值符合GB/T321-2005中规定的R10系列，可从表1中选取；额定截断电流推荐在4kA、5kA、6.3kA、8kA、10kA、12.5kA、16kA、20kA、25kA、31.5kA中选取。标准电流等级（单位，A）11.251.622.53.15456.381012.516202531.540506380100125160200250315400500630800100012501600200025003150400050006300800010000125001600020000250003150040000500006300080000100000125000160000200000250000315000注：对于电流有特殊要求时，由供需双方协商确定开断时间系统故障开断时间不大于5ms，至少具备一次重合功能（O-300ms-CO），每个电流方向满容量最大开断次数应不小于15次。剩余电流不大于500mA。绝缘水平a)额定直流耐受电压：1.6倍额定直流电压，60分钟。b)额定雷电冲击耐受电压：配置避雷器时40kV，不配置避雷器时45kV。机械操作次数500次、1000次、2000次、3000次注：仅对直流断路器中机械开关装置适应噪声水平开合动作时，不大于110dB。电磁兼容性(EMC)满足GB/T11022-2011的5.18要求，并作出如下补充：直流断路器快速机械开关、半导体组件、强迫换流组件等关键组部件，均应满足以下要求：a）静电放电抗扰度，应符合GB/T17626.2—2006中4级及以上要求；b）射频电磁场辐射抗扰度，应符合GB/T17626.3—2006中4级及以上要求；c）电快速瞬变脉冲群抗扰度，应符合GB/T17626.4—2008中4级及以上要求；d）浪涌（冲击）抗扰度，应符合GB/T17626.5—2008中4级及以上要求；e）射频场感应的传导骚扰抗扰度，应符合GB/T17626.6—2008中X级及以上要求；f）工频磁场抗扰度，应符合GB/T17626.8—2006中5级及以上要求；g）脉冲磁场抗扰度，应符合GB/T17626.9-2011中5级及以上要求；h）阻尼振荡磁场抗扰度，应符合GB/T17626.10-1998中5级及以上要求；i）阻尼振荡波抗扰度，应符合GB/T17626.18-2016中3级及以上要求。防火防爆技术要求为减小火灾风险，直流断路器的设计应尽可能消除导致火灾的因素，将火灾在直流断路器内蔓延的可能性降至最低，防火防爆设计应遵守以下原则：直流断路器内的非金属材料宜是阻燃的，并具有自熄灭性能；避免电子元件超过其耐受的热应力；减少电接触点的数量；采用无油或少油元件；减小绝缘部分的电势差，避免在污染和潮湿环境下产生较大的泄漏电流；断路器标准组件的结构不得使其内部故障产生爆炸而致使事故扩大。型式试验7.1总则7.1.1概述满足GB/T11022-2011的6.1.1的要求，并作如下补充：a)直流断路器的各元件应符合各自标准的要求，并按表2相关要求进行试验。b)当主通流支路和电流转移支路中的关键元件的参数、结构发生重大改变时，应重新做相应的型式试验。型式试验项目型式试验项目章条款试品部件绝缘试验7.2整机无线电干扰试验7.3整机主回路电阻测量7.4主通流支路最大持续运行直流电流试验7.5主通流支路短时耐受电流试验7.6主通流支路防护等级验证7.7元件密封试验7.8元件电磁兼容（EMC）试验7.9元件常温下的机械操作试验7.10机械开断装置（如有）端子静负载试验7.11元件关合和开断试验7.12整机真空灭弧室的X射线试验程序7.13真空灭弧室（如有）抗震试验7.14整机通信一致性测试7.15控制设备冷却设备试验7.16冷却设备（如有）注1：如果需要附加的型式试验项目，则在有关的产品标准中规定。注2：如果由于试验室条件限制无法实施整机试验时，可由供需双方协商确定。7.2绝缘试验7.2.1试验时周围的大气条件GB/T11022-2011的6.2.2适用。7.2.2雷电冲击耐压试验GB/T11022-2011的和适用，并作如下补充：端间试验时，能量吸收支路的避雷器仅装设避雷器外套，或断开避雷器连接。7.2.3操作冲击耐压试验GB/T11022-2011的适用，并作如下补充：端间试验时，能量吸收支路的避雷器仅装设避雷器外套，或断开避雷器连接。注：应该进行干试，对户外直流断路器还应进行湿试。7.2.4直流电压耐受试验直流断路器应进行端间及端对地的直流电压耐受试验，GB/T16927.1-2011的第5章以及GB/T20990.1-2007的8.3.1适用，并作如下修改：a)端间直流电压耐受试验：在试品两个主端子之间从不大于1min试验电压Ud1min的50%开始升压，在10s内电压升至Ud1min，保持1min，再降至1h试验电压Ud1h，保持1h后降至零。用相反极性电压重复上述试验。试验时能量吸收支路的避雷器仅装设避雷器外套，或断开避雷器连接。b)端对地直流电压耐受试验：在试品短接的主端子与地之间从不大于1min试验电压Ud1min的50%开始升压，在10s内电压升至Ud1min，保持1min，再降至3h试验电压Ud3h，保持3h后降至零。用相反极性电压重复上述试验。注：a)应该进行干试，对户外直流断路器还应进行湿试;b)直流断路器处于分闸状态，试验电压加在端口间；直流断路器处于合闸状态，试验电压加在端口与地之间。7.2.5局部放电试验GB/T20990.1-2007的8.3.1适用，并作如下补充：a)局部放电试验在进行对地直流电压试验时规定的3h试验的最后1h按GB/T7354-2003测量局部放电，超过300pC的局部放电的次数要按照GB/T20990.1-2007的附录B的规定记录。用相反极性电压重复上述试验。b)整个记录期间，平均300pC以上的脉冲每分钟不超过15次；其中，500pC以上的脉冲每分钟不超过7次，1000pC以上的脉冲每分钟不超过3次，2000pC以上的脉冲每分钟不超过1次。注：若观察到局部放电的数量或等级有增加的趋势，可以由供需双方协商延长试验时间。7.2.6状态检查试验在关合和开断试验后，直流断路器端间的绝缘性能不能充分可靠地用目测检查来核实，且相关的产品标准中没有其他规定，可进行端间直流电压耐受试验:试验电压为额定直流耐受电压的80%，保持1min。或者由供需双方协商确定其他检测方法。7.3无线电干扰试验试验按照GB/T11022-2011的的规定进行，并作如下补充与修改：第一步：对试品施加额定直流电压（初始值），至少维持5min；第二步：把电压值逐级下降至30%的额定直流电压值，再逐级上升至初始值，最后逐级下降至30%的额定直流电压值。在每级电压上，应进行无线电干扰的测量，并应画出最后一个电压下降系列中记录的无线电干扰电平对外施电压的曲线，得出无线电干扰特性曲线。电压级差约为10%的额定直流电压值。7.4主回路电阻的测量适用于主通流支路的机械开关，GB/T11022-2011的6.4适用。7.5最大持续运行直流电流试验GB/T11022-2011的6.5适用，并作如下补充：在主通流支路上进行最大持续运行直流电流试验，试验电流为不低于直流断路器应用系统可能出现最大连续直流电流或等效的50Hz的交流电流。试验结果应满足GB/T11022-2011的4.5的要求，且试验完成后不应发生部件损坏或失效。7.6短时耐受电流试验在主通流支路上进行短时电流耐受试验，试验电流应分为两个阶段，第一阶段为短时过载（过负荷）电流，持续1min；第二阶段为额定截断电流，持续60ms。试验过程，不允许发生部件损坏或者失效，整个过程中电力电子器件（如有）的结温不超过设备最大结温。注：对于试验电流及试验时间有特殊要求时，由供需双方协商确定。7.7防护等级验证GB/T11022-2011的6.7适用。7.8密封试验GB/T11022-2011的6.8适用。7.9电磁兼容性（EMC）试验GB/T11022-2011的6.9适用。7.10常温下的机械操作试验GB/T1984-2014的6.101.2适用。注：仅对带有快速机械开关的直流断路器进行机械操作试验。7.11端子静负载试验端子受力应满足5.5的要求，参照GB/T1984-2014的6.101.6进行试验。7.12关合和开断试验7.12.1概述本试验的目的是检验直流断路器是否具备关合和开断电流的能力（参照GB/T1984）。试品为完整的直流断路器整机，并应包含所有冷却设备（如有）、控制保护设备以及隔离供能设备，确保所有设备的布置皆与运行时相同。冷却设备（如有）必须与实际运行工况一致，每项试验前需达到热平衡（在5min内出阀冷却介质温度变化不超过1K）。关合和开断试验应包括表3试验要求：关合开断试验方式试验方式试验电流值试验操作顺序试验次数1短时过载直流电流合闸62小电流分闸63额定直流电流分闸6430%额定截断电流分闸6560%额定截断电流分闸66100%额定截断电流分闸67100%额定截断电流重合闸2a.如果为双向直流断路器，试验方式1~6在每个方向各进行3次，试验方式7在每个方向个进行1次；b.小电流开断值推荐为5%的额定直流电流值；c.如有重合闸，定义为O-t-CO,其中O为分闸，CO为接通后合闸，推荐t为300ms。注：若试验室容量无法测试直流断路器开断短路电流时吸收的能量，避雷器的额定吸收能量通过随机抽取避雷器试品进行测试，试验方式由供需双方协商进行。7.12.2关合试验关合电流为短时过载（过负荷）直流电流。试验次数为3次。任何一次短时过载直流电流关合试验，直流断路器各部分均按照正确逻辑动作，没有发生误动或拒动现象。注：如果为双向直流断路器，则每个方向各进行3次。7.12.3开断试验试验参数开断试验分为小电流开断、额定直流电流开断、截断电流开断和重合闸试验。试验应在被试装置上重复进行。试验要求a)任何一次开断试验，试品各部分均按照正确逻辑动作，不应发生损坏、误动或拒动现象；b)试品内部采样元件均应能够正常工作，且不会发生接收到错误数据或错误信号送到上级控制保护系统的情况；c)试品在开断试验电流后应能够耐受瞬态开断电压，不应出现重击穿。试验后装置的状态试验完成后，试品应保证正常的机械性能和电气性能，如必要时进行相应的试验。试验记录的数据试验中至少应记录以下数据：a)截断电流；b)瞬态开断电压峰值；c)瞬态开断电压稳态值；d)瞬态开断电压达到峰值时间；e)截断时间；f)开断时间；g)截断电流上升率；h)恢复电压上升率等。7.13真空灭弧室的X射线试验程序GB/T11022-2011的6.11适用。7.14抗震试验试验按GB/T13540-2009的规定进行。7.15通信一致性测试变电站自动化系统和直流断路器的通信一致性测试，IEC61850-10：2005适用。7.16冷却设备试验试验按GB/T30425-2013的规定进行。7.17温升试验GB/T1984-2014的6.5适用，并作如下补充：试验电流应采用直流断路器的最大持续运行电流（额定直流电流）。7.18机械特性试验GB/T1984-2014的6.101.1适用。7.19机械寿命试验GB/T1984-2014的6.101.1适用。7.20重合闸试验验证直流断路器开断短路故障后，系统要求快速重合，但所在线路故障未消除，直流断路器需再次开断短路电流的能力。O-t-CO为1次试验。出厂试验8.1概述出厂试验是为了发现材料和结构中的缺陷以及装配过程的失误，不应损坏试品的性能和可靠性。出厂试验应在制造厂任意合适可行的地方对每台制成的产品进行，以确保产品与已通过型式试验的设备一致。与用户协商，出厂试验也可在现场进行。如果直流断路器在运输前不完成总装，那么应对所有的运输单元单独进行试验。在这种场合，制造厂应能证明这些试验的有效性。产品出厂应附有出厂试验报告。直流断路器的各组件应符合各自标准的要求，并按这些要求进行试验。8.2主回路的绝缘试验8.2.1雷电冲击电压试验GB/T11022-2011的和适用，并作如下修改：开断装置处于合闸位置时，应在端子和地之间施加对地雷电冲击耐受电压。开断装置处于分闸位置时，应在端子间施加断口间雷电冲击耐受电压。注：试验时，断开能量吸收支路的避雷器连接。8.2.2直流耐受电压试验本标准的7.2.4适用。8.3辅助和控制回路的试验GB/T11022-2011的7.3适用。8.4主回路电阻的测量适用于主通流支路的机械开关，GB/T11022-2011的7.4适用。8.5密封试验GB/T11022-2011的7.5适用。8.6设计和外观检查GB/T1984-2014的7.5适用。8.7机械操作试验GB/T1984-2014的7.101适用。现场试验现场试验的目的在于检查直流断路器及其辅助设备没有因运输和储存而损坏，并验证组装好的直流断路器的整体性能。至少应进行下面几项试验。9.1绝缘电阻测量GB50150-2016的11.0.2适用。9.2直流耐压试验应在断路器分闸状态下对断口间进行直流工作电压耐压试验，试验中不应发生贯穿性放电。9.3合闸时触头的弹跳时间（如有）弹跳时间应不大于2ms。9.4分、合闸线圈的绝缘电阻和直流电阻的测量GB50150-2016的11.0.6适用。9.5断路器操动机构的试验GB50150-2016的附录E适用。

（资料性附录）

±10kV直流断路器类型与结构说明直流断路器典型拓扑机械式、混合式、电力电子式三种典型方案的直流断路器都存在剩余电流，直流断路器要配合剩余电流开断装置完成线路的最终开断。剩余电流开断装置不是直流断路器的的必要组成部分，机械式直流断路器一般包括剩余电流开断装置，如图A.1.1所示；电力电子式直流断路器可不包含剩余电流开断装置，一般在系统设计时考虑，如图A.1.3所示。A.1.1机械式直流断路器典型拓扑图A.1.1机械式直流断路器典型拓扑A.1.2混合式直流断路器典型拓扑图A.1.2混合式直流断路器典型拓扑A.1.3电力电子式直流断路器典型拓扑（a）电力电子式直流断路器(b)采用全控型固态器件的电力电子式直流断路器(c)采用半控型固