直流电源保护电器级差配合

直流电源保护电器级差配合测试系统一、主要内容直流电源保护电器级差配合测试系统必要性3常见问题4技术现状2功能特点1规程标准7技术原理8系统组成6测试方法5直流电源保护电器级差配合测试系统在电力系统中，直流电源系统是继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证。目前变电站的直流馈电网络多采用树状结构，从蓄电池到站内用电设备，一般经过三级配电，每级配电大多采用直流断路器作为保护电器；如果上下级直流断路器保护动作特性不匹配，在直流系统运行过程中，当下级用电设备出现短路故障时，就会引起上一级直流断路器的越级跳闸，从而引起其它馈电线路的断电事故，进而引起变电站一次设备如高压开关、变压器、电容器等的事故。

1、必要性●直流电源保护电器级差配合测试系统为防止因直流断路器及其它直流保护电器动作特性不匹配带来的隐患，国家电网公司规定，对于新装和运行中的直流保护电器，必须保证其直流回路级差配合的正确性。DL/T5044-2003《电力工程直流技术设计规程》规定，变电站直流系统中的直流断路器的级差配合方案应满足选择性保护的要求。2005年发布的《直流电源系统运行规范》第十二条第八款规定“直流熔断器和空气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，并定期进行核对，防止因其不正确动作而扩大事故”。保护电器如何正确选型及上下级之间选择性保护的配合问题，直接关系到能否把直流电源的故障限制在最小范围内，这对防止事故扩大和设备严重损坏至关重要。目前，变电站的直流电源系统基本上都能按照相关标准进行设计，保证2-4个级差，但直流系统的级差配合受直流开关型号及容量、蓄电池容量、连接电缆截面及长度等诸多因素影响。目前国内已有的直流断路器安秒特性测试仪等相关设备，只能测试单个直流开关的动作特性，但无法校验现场整个直流馈线回路保护电器级差配合是否满足选择性保护的要求。直流电源保护电器级差配合测试系统由于交、直流的燃弧及熄弧过程不同,额定值相同的交直流断路器开断直流电源的能力并不完全一样,用交流断路器代替直流断路器或交、直流断路器混用是保护越级误动的主要原因之一。断路器瞬时动作采用磁脱扣原理,判据为通过的电流峰值,断路器标定的额定值为有效值,而交流电的峰值高于有效值,在相同定值下,在直流回路中交流断路器实际额定值高于直流断路器。另外,因交流断路器与直流断路器灭弧原理不同,交流断路器用于直流回路不能有效、可靠地熄灭直流电弧,容易造成上级越级动作。

1、常见问题●●

交直流断路器混用直流电源保护电器级差配合测试系统各生产厂家提供的熔断器技术数据是在产品型式试验时得到的,且校验熔断器的分断能力是在交流电源周期分量有效值下做的,熔体动作选择配合特性曲线也是交流安秒特性曲线。这与变电站直流系统发生短路故障时的实际情况有一定差距。各熔断器厂家及设计手册提供的级差配合是按同一型号、同熔体材料确定上、下级差,从而保证满足选择性的,当回路中有不同类型的熔断器时,熔断器之间的级差配合更应引起高度重视。同时,由于目前低压电器生产厂家较多,不能完全保证产品质量,所以即使同一厂家、同一型号的熔体,其参数也有一定的分散性。●●

熔断器质量及参数问题

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熔断器和断路器的配合问题

熔断器采用热效应原理，而断路器是磁效应与热效应相结合，安秒特性曲线不同，配合级差也不同。对于断路器之间、断路器与熔断器之间的级差配合不应照搬熔断器间的配合规定。

直流电源保护电器级差配合测试系统直流电源保护电器级差配合测试系统高频开关电源模块法。即高频模块并机输出测试电流，但响应速度太慢。蓄电池供电法。有日常维护、循环寿命、安全因素等不足之处。超级电容供电法。

超级电容相对要好一些。国内已有的直流断路器安秒特性测试设备不管采用以上那种方法，都是采用低压(一般12V)测试电源,只能测试单个直流开关的动作特性，不能完全模拟现场情况,无法校验现场整个直流馈线回路保护电器级差配合是否满足选择性保护的要求。3、技术现状●●

直流保护电器安秒特性测试

仿真法是先建立各种直流系统元件数学模型,再应用一定的算法进行数学仿真;该方法具有较强的理论研究价值,但建模过程复杂,仿真结果需要实际验证。

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直流保护电器特性仿真直流电源保护电器级差配合测试系统利用变电站现场蓄电池组对直流保护电器的级差配合进行短路模拟试验，采用示波器、万用表等仪器测试短路电流、分断时间;该方法测量准确,但不能在线测试,比较危险,且对蓄电池有一定伤害

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人工短路模拟试验4、规程标准DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(试行)《直流电源系统运行规范》《预防直流电源系统事故措施》《直流电源系统技术监督规定》直流电源保护电器级差配合测试系统

５、技术原理直流电源保护电器级差配合测试系统●小电流预估法直流电源保护电器级差配合测试系统●

短路模拟校验法

6、系统组成测试系统由上位管理机和控制保护装置组成。上位管理机安装有基于LabView8.5平台开发的管理软件，是测试数据管理、分析后台，通过USB2.0接口与数据控制保护装置通讯，人机对话方式控制，操作简单，使用方便；控制保护装置可调节负载，实时采集直流电压、电流和波形的高速录制，并控制测试主回路的接通和延时分断，具有事故可人工急停功能，保证测试过程安全可靠。直流电源保护电器级差配合测试系统直流电源保护电器级差配合测试系统●

参数设置

６.1上位管理机

直流电源保护电器级差配合测试系统●

预估测试

直流电源保护电器级差配合测试系统●

短路校验

直流电源保护电器级差配合测试系统●

数据采集单元６.1控制保护装置

主要由分流器和NI示波器卡和数据采集卡等组成。分流器是200~500A/75mV、0.2级精度,同霍尔等直流传感器相比,具有过负载能力强、无延迟、线性度好、精度高等优点;NI100MS/s示波器卡,实现直流系统保护电器分断特性曲线波形的高速录制,6½位数据采集卡保证直流电压、电流的高精度采集.直流电源保护电器级差配合测试系统调节负载及延时保护单元调节采用采用8421组合，电流输出采用了大功率开关管以实现无触点调节，不拉弧、无明火；延时保护单元由大功率直流接触器和西门子时间继电器组成。接触器是带有直流专用灭弧装置的大功率直流接触器，容量大，通断能力强，安全可靠；控制回路采用西门子多功能时间继电器驱动接触器线圈，利用西门子时间继电器的“短通”功能来控制测试主回路接通和延时分断，并带用急停按钮，以防万一，保证测试过程的安全性和可靠性。７、功能特点采用美国NI公司100M数据采集卡，LabView8.5开发平台，采样高速，准确可靠.便携式计算机控制，全汉化图形界面，人机对话方式控制，操作简单，使用方便.

具有在线预估和短路校验两种工作模式.

直流电源保护电器级差配合测试系统８、测试方法

蓄电池组通过直流母线依次连接直流馈线开关,在待测直流开关下口连接控制保护装置;上位管理机通过USB线控制测试装置,可进行短路校验或预估测试,校验直流电源系统级差配合的选择性.直流电源保护电器级差配合测试系统二、现场应用直流电源保护电器级差配合测试系统本系统在沧州沧东电厂、邢台沙河电厂、河北龙山电厂、河南林州电厂、江苏南热发电有限公司、邯郸供电公司、包头供电局等多家单位现场测试,在线预估精度小于10%,短路校验测试安全可靠,断路器级差配合情况和分断特性一目了然.直流电源保护电器级差配合测试系统

沧东电厂6kV负荷间隔内，负荷直流断路器与6kV分电屏级差配合试验。直流短路结果：在C6下口直接短路，C6瞬时跳闸，上级C16一次跳闸、一次没跳。C6下口短路时短路电流为307A，弧前时间为1ms，灭弧时间为1.5ms。小电流估算：短路电流为310A，估算误差1%。直流电源保护电器级差配合测试系统

河北龙山电厂1#机发变组保护C柜与2#直流馈线屏级差配合试验。直流短路结果：在S252SB2下口直接短路，B2瞬时跳闸，上级S262UCC25没跳。B2下口短路时短路电流为69A，弧前时间为0.5ms，灭弧时间为3.9ms。小电流估算：短路电流为66.5A，估算误差4.2%。