直流系统熔断器的配置选择与现场分析报告

随着我国电力工业的不断进步，电力系统向超高压大容量方向发展，为这些大容量电力设备提供控制、保护、信号、操作电源、直流系统的安全可靠运行问题，就必须提到一个新的重视高度来认识。
电力设备正常运行时，直流系统为断路器提供合闸电源，还为继电保护及自动装置、通讯设备等提供直流电源。在系统出现电路故障时，特别是交流电源中断情况下，直流系统必须为继电保护及自动装置、断路器的合跳闸、事故照明提供安全可靠的直流电源，是电力系统继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证。在直流回路中，直流熔断器和断路器是直流系统各出线过流和短路故障的主要保护元件，可作为馈线回路供电网络断开和隔离之用，其选型和动作值整定是否适当以及上、下级之间是否具有选择性保护配合，直接关系到能否把系统的故障限制在zui小范围内，这对防止系统破坏、事故扩大和主设备严重损坏至关重要。因此,加强熔断器与断路器选择及配置的准确性，对提高电力系统运行的安全可靠性具有非常重要的意义.。
1、级差配合存在的主要问题
由于直流变电站系统供电内容多，回路分布广，在一个直流网络中往往有许多支路需要设置断路器与熔断器进行保护，并往往分成三级或四级串联，这就存在着正确选择保护方案和上下级之间的保护配合问题.。
1.1、熔断器质量及参数分散问题：
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，校验熔断器的分断能力大多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。为了保持与系统直流故障情况项一致，熔断器的分断能力试验应该在直流短路电流状态下进行。
熔断器厂家及设计手册提供的级差配合是按同一型号、同一熔体材料来确定上下级差,从而保证满意的保护选择性，当回路中有不同类型和不同特性的熔断器时，熔断器之间的级差配合更应引起高度重视。由于目前熔断器生产厂家较多，产品质量参差不齐，熔断片和零件材料的差异，并不能*保证产品质量的同一性，所以即使同一厂家、同一型号的熔断器，其参数也有一定的分散性，安秒特性有一定的实际偏差.。
1．2 上下级间的额定值级差选择不当：
熔断器采用热熔效应原理开断故障电流，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.。
2、熔断器、直流断路器级差配置现场试验
为了适应DL/T5044-2003 《电力工程直流设计技术规程》（以下简称设计规程）有关规定，验证变电站直流系统中断路器和熔断器几种典型的级差配置方案是否满足选择性保护的要求，探索直流断路器之间的级差配合、以及直流断路器与熔断器的配合及其上下级之间的选择配置，选择了石家庄某供电公司所辖变电站直流系统中的部分直流断路器、熔断器的典型保护级差配合方案进行了现场试验，并对具备延时功能的三段式直流断路器也进行了试验验证，确认了实现选择性保护的配合条件.。
2.1 短路电流的选取
按照直流断熔断器安装现场可能出现的zui大短路电流，将试验元件串联安装进行短路试验，为保证试验电流高于现场可能出现的zui大短路电流，增加了适当裕度，短路电流的选取结果为:：
a．300Ah 及200Ah 蓄电池组，对合闸馈出线电缆短路故障，试验短路电流选2000 A.。
b．100Ah 蓄电池组，对于合闸馈出线电缆短路故障，试验短路电流选1000 A.
c．控制、保护回路末端熔断器或直流断路器出口短路，试验短路电流选200 A.
2.2 试验方案及结果
经对变电站直流系统安装使用的保护电器进行调查，按照设计规程有关规定，确定出熔断器—熔断器、断路器—熔断器、熔断器—断路器、断路器—断路器4 类12 项试验方案.试验结果分析如下。
2.3、试验结果分析：
2.3.1 熔断器—熔断器级差配合
设计规程要求：如果装设熔断器的型号和各熔断件材料相同，为保证选择性，必须使电路中相邻两级熔断器熔断件额定电流的级差至少相差两级.，本次试验的前提是选取了同厂、同型号、同批次、同材料的产品，因其具有相同的安秒特性，做两级级差的配合。在短路电流达到上级的10~30 倍范围内均正确动作，表现出
良好的配合特性，供电公司曾对变电站直流回路的熔断器进行了统一更换，具备此项试验的现场条件.。
2.3.2 断路器—熔断器级差配合
设计规程要求：断路器下一级可装设熔断器作为保护电器，断路器的额定电流应大于熔断器的额定电流4倍及以上.。此项试验结果与设计规程相吻合。
但此项试验的前提是短路电流为上级额定电流的8~9倍，刚刚进入上一级断路器的速断区，如果短路电流增大到一定值时，按照参考文献[2]中的试验结果，上下级会同时动作，造成越级。因此在工程应用中，除断路器的额定电流应大于熔断器的额定电流4倍及以上外，还应核定zui大短路电流不应超过上一级断路器额定电流的10倍.。
2.3.3 熔断器—断路器级差配合
此项试验条件严于设计规范，熔断器的额定电流大于断路器额定电流的1．6 倍，试验结果与设计规范相吻合.。但此项试验的短路电流是上级熔断器额定电流的12~13 倍，因此应特别注意：
a．蓄电池出口熔断器因按照蓄电池1 h放电容量并加大一级选择，其zui大短路电流在此范围内能够与下一级断路器配合,不必核定zui大短路电流.
b．如用于回路下一级，因熔断器的开断速度随短路电流增加而加快，而断路器的脱扣速度基本不变，在短路电流大到一定程度时，二者动作接近而造成越级，参考文献[2]的试验结果也证实了此点.。因此，在工程应用中，除断路器的额定电流应大于熔断器的额定电流4倍及以上外，还应核定zui大短路电流不超过上级断路器额定电流的10~12 倍.。
3 、直流系统保护方案选择建议
3.1 熔断器—熔断器配合
应选用正规生产厂家同厂、同型号的产品，同批次生产的直流熔断器，可方便地用于对变电站原有熔断器的统一更换工作。但对于新建站，由于熔断器均为购进时设备自带，难以保证同厂、同型号，特别是难以保证设计规范要求的“各熔件材料相同”的严格要求，因此如用不同厂家生产的不同型号的熔断器做配合，应加大级差.。
3.2 熔断器与断路器（两段式）间的配合
除应按设计规程执行外，还应核定zui大短路电流不应超过上一级额定电流的8~10倍。
3.3 不同型号断路器的配合
应考虑断路器的固有动作时间，必须保证上级断路器固有动作时间不小于下级固有动作时间，推荐采用上级塑壳式断路器、下级微型断路器的配合.。
3．4 三段式断路器
采用三段式断路器可以实现小级差配合，而且不必考虑短路电流的影响，能够适应设计规程关于直流分电屏设计方案中多级配合的要求。