光伏DC1500V光伏直流系统断路器选型方案介绍

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光伏直流系统与光伏专用直流断路器的设计研究

中图分类号：ＴＭ５６１文献标志码：Ａ文章编号：２０９５．８１８８（２０１７）１５－００２１
ＤｏＩ：１０．１６６２８／ｊ．ｃｎｋｉ．２０９５ — ８１８８．２０１７．１５．Ｏ０５
ＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＤＣＳｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＴｒｅｎｄｏｆＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＤｅｄｉｃａｔｅｄＤＣＣｉｒｃｕｉｔＢｒｅａｋｅｒ
０引言
我国光伏发电产业已经有近３０年发展历程，特别是集中式大型电站的快速发展，促进了我国低压直流断路器的研制和生产。应用在光伏系统的低压直流断路器主要安装在发电站的直流汇流箱和直流配电柜内，提供过电流保护和起隔离作用；作为直流配电柜的总开关，还为支路开关之间的故障提供选择性保护和灵敏性保护。我国低压电器制造企业把光伏用直流断路器作为企业转型
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈａｔｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｓｏｌａｒｐａｎｅｌ，ＤＣｊｕｎｃｔｉｏｎｂｏｘ，ＤＣ
ＰＶｓｙｓｔｅｍｉｓａｎｅｗｌｙ－ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄａｒｃｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅｃａｐａｃｉｔｙ．Ｆｉｎｌｌａｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃｓｔａｎｄａｒｄ．

浅谈直流断路器的选用原则和方法

浅谈直流断路器的选用原则和方法摘要直流电源系统如何选择断路器、以及合理配置保器的级差和动作选择性的确定，是直流电源系统存在的主要问题和棘手解决的问题，本文主要介绍直流断路器的选用原则和方法。

关键词断路器三段式保护级差配合The principle and methodof DCcircuit breakerGao JianCHeng（1.Heilongjiang Chen to energy-saving emission reduction technology Service Center Co Ltd, Harbin, Heilongjiang, 150090）Abstract: Determine how theDC power supply systemcircuit breakers,and the rational allocation ofprotectordifferentialandselective operation,is the mainproblemof the DC power supply systemanddifficultto solve the problem,this paper mainly introduces theprinciple and method for selection ofDCcircuit breaker.Keywords:Circuit breaker；A three-stage protection；difference coordination.引言目前，在发电厂和变电中有一部分直流电源系统的直流回路保护处于熔断器、交流断路器和交直流两用断路器及直流断路器混合使用的现象，造成直流回路保护电器级差配合不合理、动作选择性差等问题，直流电源系统的现状不能满足电网安全运行的要求。

1直流系统断路器的选择要求直流回路中严禁使用交流空气断路器；由于交流电弧与直流电弧具有不同的灭弧机理，决定了交流和直流真空断路器的灭弧室具有根本的差异，交流空气断路器不具备熄灭直流短路电弧的能力。

1500V光伏发电系统的电源应用方案

1500V光伏发电系统的电源应用方案针对当前1500V光伏发电技术的发展趋势和相关配件市场需求，广州金升阳科技有限公司匠心研制并推出与之相匹配的PVxx-29Bxx 系列电源，可直接从1500V高压端取电为光伏系统的监控电路供电，简化光伏系统电路的设计，可以避免采用市电或蓄电池供电而引起的建设、维护成本过高问题，提升光伏发电系统综合效益。

该产品具有的多重保护功能，在电源模块或者外部电路工作异常时，进一步提升电源及其负载的安全性能。

一、引言2015年巴黎气候大会在《联合国气候变化框架公约》下达成一项“具有法律约束力的并适用于各方的”全球低碳减排新协议，进一步推动光伏、风电等绿色环保新能源发展和普及。

2015年我国通过《经济和社会发展“十三五”规划》，其中光伏发电市场将持续壮大，初步规划装机目标将达1.5亿千瓦。

有内外政策性、需求的引导和支持，以及能源物联网发展，使得光伏发电进一步规模化、智能化，有利于减低光伏发电成本，促进技术创新和产业升级。

全球光伏产业的发展目标都是要和传统的电力进行竞争，以提供更低成本、更高收益的清洁能源。

当前主流的光伏发电系统是基于1000V直流段电压设计和建造的，但从系统的角度来看，若有更高的输入、输出电压等级，可以降低交直流侧线损及变压器低压侧绕组损耗，电站的系统效率预期可以提升1.5-2%。

GTM的的分析报告《2016-2022年1500V 光伏系统和部件：成本、供应商与预期》预计，在2016年全球对1500V光伏系统的需求将占9%左右，相当于约4.6GW。

因此，1500V光伏发电系统必将是未来发展趋势。

二、光伏发电系统基本结构及组件要求在太阳能光伏发电系统中，为了减少光伏电池阵列与逆变器之间的连线，以组串形式构建光伏阵列，再将相应数量光伏阵列并联接入光伏汇流箱进行电能汇流，经直流柜输出给光伏逆变器，逆变升压后并入电网，因此完整的光伏发电系统包括光伏阵列组、光伏汇流箱、直流柜、光伏逆变器、升压变压器等部分。

DC1500V电力电缆技术规格书[优秀工程方案]

新建市郊铁路(轨道交通延长线)跳磴至江津线跳磴至圣泉寺(原江津)段工程供电设备采购项目用户需求及技术规格书第一册中铁十六局集团电气化工程有限公司20XX年5月目录1 总则 (1)1.1 工程概况 (1)1.2环境条件 (4)1.3 工程内容和范围 (5)1.4 总体技术要求 (5)1.5 备品备件及专用工具等 (6)1.6 设备国产化率 (8)1.7 工程阶段和工期要求(工期由业主指定) (8)1.8 质量保证 (9)1.9 交货 (10)2 接口 (11)2.1 外部接口 (11)2.2 内部接口 (30)2.3 接口控制 (30)3 工程组织管理 (31)3.1 管理责任 (31)3.2 项目管理总要求 (31)3.3 计划和进度管理 (39)3.4 质量管理体系 (41)3.5 安全管理体系 (44)3.6 风险管理体系 (44)3.7 电力监控软件管理 (44)4测试、检验、验收及质保期 (49)4.1基本要求 (49)4.2试验、检验综述 (50)4.3工厂试验 (51)4.4出厂检验 (52)4.5到货检查(开箱检验) (52)4.6安装检查 (53)4.7现场测试 (53)4.8完工测试 (54)4.9初步验收 (55)4.10大联调 (55)4.11试运行 (56)5技术服务 (57)5.1设计联络 (57)5.2设备监造 (59)5.3培训 (60)5.4质保期服务 (63)5.5质保期后服务 (64)5.6工程回访要求 (64)5.7技术服务相关规定 (65)6文件资料 (65)6.1概述 (65)6.2图纸和技术资料要求 (66)6.3手册 (67)6.4技术文件 (68)6.5图纸、手册、技术文件的确认 (70)6.6图纸、手册和技术文件的交付 (70)7索赔与赔偿 (72)7.1 质量罚款 (72)7.2 短装索赔 (73)7.3 验收时间延迟索赔 (73)7.4 文件提交延误赔偿 (73)7.5 质量保证期赔偿 (74)7.6 其它服务违约的赔偿 (74)7.7 赔偿或罚款金额计算 (74)7.8 偿还支付 (75)7.9 赔偿后的规定 (75)7.10 异议处理 (75)7.11 工程违约处罚规定 (75)8投标人资质要求 (77)9车站名称变更情况 (77)10接口服务 (77)1 总则1.1 工程概况新建市郊铁路(轨道交通延长线)跳磴至江津线是江津区连接重庆市主城区的一条便捷、快速客运通道，起于轨道交通五号线终点——跳磴车站(五支线方向设站后折返线)，沿华福路北侧上跨渝黔、小(南海)梨(树湾)铁路后东西向穿过中梁山脉，经冒水湾，上跨白市驿至珞璜货运线、铜(罐驿)西(永)线，经九龙园后沿九江大道路中高架西进，于高浒岩处折向南行，沿南北大道经双福西、渝昆高铁站(拟建)、工程职业学院，到达本期设计终点——滨洲路口南侧，线路全长28.22km，其中地下段5.80km，高架段19.56km，地面段2.86km；新设建桥C区、九龙园、双福东、双福西、滨江新城北、江津共六座车站，均为高架站，平均站间距4.39km；设双福车辆段及控制中心。

直流1500V保护配置及原理

二、直流1500V进线柜逆流保护试验
合上1#、2#整流变断路器。将1500V接口柜内断路器对应的上网隔离开关位置状态继电器进行模拟操作，模拟断路器对应上网隔离开关在合闸状态。就地合上1500V所有馈线断路器。根据定值单加量1000A一次电流，维持0.1S 后逆流保护动作。检查35KV1#、2#整流变、1500V所有馈线断路器跳闸状态是否正常。试验完成后复位断路器信号，在重新对1500V正负母线进行挂接地线后，对1#、2#正极进线柜分流器接线进行恢复，同时恢复其他断路器信号。 1500V 2#正极进线柜逆流保护试验同1#正极柜逆流保护试验方法一致。
四、框架保护试验
确认35KV整流变开关柜三工位在分闸状态、上网隔离开关在分位，合上整流变断路器，并合上直流馈线断路器（在 1500V接口柜处模拟上网隔离开关在合闸位置）。使用大电流发生器对框架泄露电流继电器进行加量试验，当试验电流达到40A时，框架泄露继电器保护动作，35KV整流变断路器跳闸，1500V馈线断路器跳闸并闭锁重合闸，则试验成功。
（二）、Imax+
应用场合：断路器本体大电流脱扣的后备保护，电流设定值一般小于断路器本体的定值，主要通过分析馈线电流识别故障。参数设置：
（三）大电流脱扣保护电流达到设定值开关保护跳闸，主要计算方法如下:（以定值为9000A,砝码取出为例）
调整参数实物
（四）线路测试
检测一条无电压的线路是否短路，需要通过测试回路将系统电压加在被检测的线路上，由于车辆牵引电气设备的偶发故障及户外接触网因意外原因接地造成短路，致馈线断路器跳闸，为防止在接触网存在短路情况下，因盲目性合闸可能造成故障扩大，或馈线断路器主触头烧损等情况发生，在馈线断路器跳闸后，能通过先自动判别故障性质。再确定是否自动重合闸是过载或瞬时性的短路故障已消失允许重合闸，如短路故障未消除则不重合闸。

Hudson的1500VDC光伏熔断器产品介绍

赫森电气赫森电气（无锡）有限公司坐落于享誉“太湖明珠”之城-无锡，由加拿大赫森电能研究所1500VDC 光伏熔断器赫森HPV 系列ul1500光伏熔断器是为保护和隔离光伏串特别设计的。

熔体纯银制造，低至130%的额定电流，分断能力高可达50KA 。

能够分断光伏系统中反向电流，多阵列故障，并提供全面保护。

电压选择，1000VDC 、1500VDC,2种熔断器尺码10X38、10X 85 , 电流1-30A 。

并为ul1500光伏熔断器特别配备了可在恶劣环境使用的底座，壳体采用耐低高温材料，触头卡簧经过特别设计并选用军工级材料，使产品温升、功耗降到很低。

ul1500光伏熔断器的底座保持着1000VDC 底座的杠杆式操作和厚度，避免了光伏系统电压升级对汇流箱的壳体进行重新设计。

1500VDC 光伏熔断器1500VDC, 1 -30A, 50KA赫森电气赫森电气（无锡）有限公司坐落于享誉“太湖明珠”之城-无锡，由加拿大赫森电能研究所Typical applications:•Photo voltaic junction box典型的应用：•光伏接线盒赫森电气赫森电气（无锡）有限公司坐落于享誉“太湖明珠”之城-无锡，由加拿大赫森电能研究所赫森电气赫森电气（无锡）有限公司坐落于享誉“太湖明珠”之城-无锡，由加拿大赫森电能研究所1500VDC 光伏熔断器,赫森创造了当前ul1500光伏熔断器分断能力的高世界纪录，其中1000VDC,40KA 和1500VDC ，50KA 的分断能力值。

高性能稳定品质的ul1500光伏熔断器为光伏汇流箱特别设计的，能够分断反向电流，多阵列故障等提供全面保护。

包括新型材料，生产流程工艺，设计领域结构应用于产品，通过UL 美国安全试验所认证。

直流1500V保护配置及原理参考资料

如果测量到的电流增量Delta I高于参数设定Delta Imax，DDL+ Delta I保护动作同时跳闸信号启动，若在保护出口动作前检测到电流变化率di/dt低于F，整个保护复归，相关参数清零。
2、DDL+ Delta T
如果Delta t的测量值高于参数Tmax同时 Delta I的测量值高于参数Delta Imin，DDL+ Delta T保护动作同时跳闸信号启动。如在保护出口动作前检测到电流变化率di/dt低于F，整个保护复归，相关参数清零，DDL+ Delta T 保护的启动值与返回值为同一设置。
四、直流1500V框架保护。
DC1500V系统设备设一套框架泄漏保护装置，其工作原理是所有直流设备框架对地采用绝缘安装，所有框架通过电缆全部连接至1#负极柜，并通过设置在1#负极柜内的框架泄漏电流继电器一点集中接地，当发生正极对框架放电，放电电流达到40A时，框架泄漏电流继电器动作跳本所两台整流机组交流进线断路器及所有直流断路器，并联跳左右两侧牵降所相应直流断路器，从而保证变电所内人身和设备的安全。
• 其具体实现过程为：
•
首先，由一个变电所的一台馈线柜内 SEPCOS 型微机综合测控
与保护装置联跳发送回路发出联跳信号，然后，经联跳发送继电器
及相邻变电所间的联跳电缆，将此联跳信号发送到相邻变电所的向
同一区间供电的馈线柜内，最后，经该柜内联跳继电器进入
SEPCOS 型微机综合测控与保护装置，使其实现联跳断路器动作。
7、直流馈线断路器的双边联跳及重合闸功能
（二）、Imax+
应用场合：断路器本体大电流脱扣的后备保护，电流设定值一般小于断路器本体的定值，主要通过分析馈线电流识别故障。参数设置：

光伏发电系统直流接线箱的结构与选配案例分析

光伏发电系统直流接线箱的结构与选配案例分析光伏发电系统直流接线箱是光伏发电系统中的重要部分，其功能是将光伏组件产生的直流电能进行汇集、保护和分配，然后通过集中式逆变器将其转换为交流电能并输出到电网中。

直流接线箱的结构设计合理与否，对于光伏发电系统的安全性、可靠性和运行效率都有着重要的影响。

在选配直流接线箱时，需要考虑到光伏组件的并网功率、数目以及布置方式等因素，以确保系统运行稳定、高效。

直流接线箱的结构通常包括箱体、断路器、接触器、保险丝、电流互感器、DC分流盒等组件。

下面将对这些组件的作用和选配案例进行分析。

1.箱体：直流接线箱的箱体通常采用防护等级高的材质，如防护等级为IP65的铝合金或不锈钢箱体，以确保设备在各种恶劣环境下也能正常运行。

在选配箱体时，可以根据安装场所的环境条件、设备数量和尺寸等因素进行选择。

2.断路器：断路器是直流接线箱中的重要保护装置，能够隔离和保护光伏组件和逆变器免受过电流和过载的损害。

在选配断路器时，需要考虑到光伏组件的额定电流和逆变器的输入功率等因素，以确保其额定电流和开断容量符合系统需求。

3.接触器：接触器是直流接线箱中的控制装置，用于控制光伏组件的并网和断网。

在选配接触器时，可以选择带有远程控制功能的可编程接触器，以实现远程监控和自动化控制。

4.保险丝：保险丝是直流接线箱中的过载保护装置，能够在系统发生异常时及时切断电路，保护设备免受损坏。

在选配保险丝时，需根据光伏组件的额定功率和电流等参数来选择合适的规格和安装方式。

5.电流互感器：电流互感器是直流接线箱中的监测装置，用于实时监测系统的电流值，以保障系统运行安全和稳定。

在选配电流互感器时，需根据系统的额定电流和传输方式来选择合适的规格和精度等参数。

6.DC分流盒：DC分流盒是直流接线箱中的分支装置，用于搭接多个光伏组件并将其集中汇总到逆变器中。

在选配DC分流盒时，需要考虑到系统的串并联方式、额定功率和接线方式等因素，以确保其能够满足系统的拓扑结构和布线需求。

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(图表三)光伏DC1500V系统不同功率组件系统修正电压:
功率 260W 265W 270W 275W
最大系统工作电压 1215.72V 1215.72V 1219.68V 1235.52V
最大系统开路电压 1524.6V 1524.6V 1528.56V 1532.52V
备注:本数据根据峰值数据余量20%计算修正，推荐采用。
首先我们来探讨一下电压的计算:
光伏组件参数表: (图表一)
功率 260W 265W 270W 275W
最大工作电压 30.7V 30.7V 30.8V 31.2V
最大工作电流 8.49A 8.63A 8.77A 8.82A
最大开路电压 38.5V 38.5V 38.6V 38.7V
测试数据环境指标:(大气 AM1.5, 辐照度1000 W/m?, 温度25?C)
(图表四):最大工作电流计算表
功率 260W 265W 270W 275W 最大工作电流 8.49A 8.63A 8.77A 8.82A 修正后电流 12.735A 12.945A 13.155A 13.23A 16路汇流箱出线预测峰值 203.76A 207.12A 210.48A 211.68A
断路器的额定工作电流、额定工作电压、分断能力三大指标在光伏系统中应重点关注额定工作电压与额定工作电流，分断能力做参考指标。额定工作电压、额定工作电流的选型应当确保断路器保护可靠且无误动作。在光伏系统中断路器选型主要依据是组件的参数、组串块数、海拔、辐照度峰值、极端低温及余量等几个主要方面，组件参数与组串块数是主要的计算依据，海拔、辐照度峰值、极端低温应当与设计余量测算一起考量。额定工作电压主要与组件参数、组串块数有直接联系，海拔与低温在考虑设计余量中考虑。额定工作电流与辐照度峰值、经验余量一同压，其次谈电流。
我们从上图发现通过采用峰值数据计算系统工作电压最大值在1250V以下，采用DC1500V额定工作电压的光伏断路器可以满足系统要求。但是值得注意的是系统修正最大开路电压超过断路器的最高额定有效工作电压1.5%，虽然这只是修正得出的结果并不代表实际峰值，但海拔超过3000米后开路电压会超过断路器的最高有效工作电压，系统开路电压不应超过断路器的最高有效工作电压是我们选型的基本守则。
我们选择已经通过UL1500V认证的国内某知名组件厂的组件作为计算参照样本，组件功率260W到275W，组件效率16.8%。需要重点说明的是组件厂的样本参数是大气 AM1.5, 辐照度1000 W/m?, 温度25?C环境下参数，现场峰值数据与以上条件差异较大，这是余量设计计算的重点考虑方面。组件参数选择方面重点参照组件三个主要参数，1.最大工作电压;2.最大工作电流;3.最大开路电压。
光伏DC1500V光伏直流系统断路器选型方案介绍
光伏DC1500V直流系统断路器选型方案
随着光伏DC1500V系统的脚步临近，选型问题大家也提上了议事日程。2015年7月圣昂电气在国内率先上市DC1500V直流光伏断路器，并在2015年8月在三峡新能源30MW光伏电站项目中得到采用，这是国内第一次在大型地面光伏电站中批量使用DC1500V直流断路器。今天就和大家分享我们在DC1500V光伏系统的选型思路。
(图表二)光伏DC1500V系统不同功率组件系统在单串33块组件时基准电压:
功率 260W 265W 270W 275W
最大系统工作电压 1013.1V 1013.1V 1016.4V 1029.6V
最大系统开路电压 1270.5V 1270.5V 1273.8V 1277.1V 测试数据环境指标:(大气 AM1.5, 辐照度1000 W/m?, 温度25?C)
此外环境温度对组件的输出电压有很大影响，从25?到-10?之间组件输出电压是一个较陡的上升曲线，在超过-10?以后电压上升变化较小。组件的电压温度系数-0.35%/k(不同厂家略有差异)，在温度系数余量方面我们推荐考虑30*0.35%=10.5%，综合海拔与温度的两个余量考量因素，我们推荐系统的电压设计余量为20%，以下为推荐的余量修正后的系统电压情况:
图表二得出的数据是否就是实际峰值,这个肯定不是，对于系统电压还有两个主要影响因素。海拔及温度，首先从海拔谈断路器的灭弧性能，电压问题对断
路器的最大挑战是灭弧，电压越高难度越大。断路器参数实验环境是以2000米海拔的大气AM基准，在2000米以上空气相对稀薄，断路器的灭弧能力随海拔升高线性下降，我们为了计算方便折算成额定工作电压降容系数的方式。根据圣电气团队多年收集的资料分析，国内大型地面电站海拔在1500米到3000米占绝大多数，故推荐海拔降容设计余量方面考虑10%，这样可以覆盖绝大多数项目海拔。
系统电压最主要的影响是组件的排布和单串组件块数，DC1500V系统的核心价值应当是提高系统效率，有效降低直流输电、逆变成本。目前我们主流的单串组件排布采用2*11比较多，这个方案是目前最优成本方案。DC1500V系统并没有改变发电侧与交流侧的系统，所以DC1500V方案应保留目前的组件排布主流方案采取增加单串块数来实现更高的系统电压。基于以上原因我们推荐DC1500V系统组串排布及块数最佳方案是3*11，这样在不改变组件阵列的方案的基础上可以在电缆、汇流箱、逆变器这三方面取得较大的成本下降。如果我们确定了单串的组件块数，那么后面的系统电压就非常好得到了。
其次:我们看一下电流的选择，电流的选择在DC1000V系统按照每串12A计算后取断路器优选值的速算办法办法是主流，这个方案也是我在2011年底的研究成果。在DC1500V系统计算方式没有错，但是不能再采用这个结果了。组件的效率提升是近年组件价格下降的主要原因，也就是在相同的单位面积中输出更高功率，组件面积没有增大但功率增加了，这必然会使组件电压和电流输出都提高，在260W以上光伏系统中都要逐步考虑增加断路器的额定工作电流，电流的提升与DC1500V还是DC1000V系统没有关系，这是组件输出参数提升带来的问题。