电力直流电源保护电器级差配合试验方法的研究
变电站直流系统保护级差配合特性分析
第四级负荷应安装直流断路器，其额定电流 按躲过负荷的最大工作电流选择。一般微机装置 最大直流功耗均小于 100 W，因此，直流低压断路
500 kV 保护小室直流分电屏
5SJ5
16
4 × 48
220 kV 保护小室直流分电屏
5SJ5
SJ5
16
2 × 40
设备屏
用户自配
2 ～3
流馈线中直流断路器最大的额定电流，KC4 为配合 系数，一般可取 2. 0，必要时取 3. 0。
（2） 充电装置输出口回路。充电装置出口回 路可安装熔断器或短路器，其额定电流按充电装 置的额定输出电流选择，即：In ≥KkIrn。其中：Irn 为 充电装置额定输出电流；Kk 为可靠系数，取 1. 2。 2. 2 第二级保护额定值
第二级 综合小室分电屏低压断路器
第二级负荷屏低压断路器
UPS 电源低压断路器
500 kV 分电屏 第三级 220 kV 分电屏
保护屏低压断路器 公用屏低压断路器 设备屏低压断路器
设备屏低压断路器 综合小室分电屏
主变端子箱
额定电流 /A 400 140 50 50 50 50 80 16 16 16 16 16
（1） 直流分电屏回路。直流分电屏回路应安 装断路器，其额定电流按直流分电柜上全部用电 回路的计算电流之和选择，即：
In≥KC Σ （ Icc + Icp + Ics） 式中 Icc———控制负荷计算电流
I cp ———保护负荷计算电流 I cs ———信号负荷计算电流 KC———系数，取 0. 8 为保证保护动作选择性的要求，断路器的额 定电流还应大于直流分电柜馈线断路器的额定电 流，其电流级差不宜小于四级。 — 52 —
直流系统级差配合试验方案
方案签批页安全技术、职业健康和环境因素交底记录序H B C K D Z/Q R-0901.试验目的依据国家及行业有关标准及电力企业有关规定的要求，对直流系统级差配合特性通过试验予以确定，验证直流系统各段直流负荷空气开关安秒特性、金属短路时开关脱扣后灭弧特性和上、下级各个开关级差配合是否合理，以确保直流系统安全稳定运行。
2．编制依据2.1《继电保护和安全自动装置技术规程》(GB/T14285-2006)2.2《电力工程直流系统设计技术规程》(DL/T5044-2004)2.3《直流电源系统技术监督规定》2.4《防止直流电源系统事故措施》2.5《国家电网公司直流电源系统运行规范》2.6《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》3．组织措施为保证试验顺利进行，成立领导小组和试验小组。
人员组成如下：1.试验领导小组组长：成员：2.现场试验专业组组长：成员：4．主要设备技术参数15．试验前准备工作5.1试验使用仪器5.2试验步骤5.2.1将测试系统控制装置从仪表箱中取出，放置在地面或平稳的台面上，打开上位管理机，并依据操作说明书连接上位管理机和测试系统控制装置。
5.2.2退出本段直流电源系统所有负荷，关闭充电机，断开待测回路直流断路器，依图一连接现场待测直流断路器和测试系统各部分。
5.2.3接通控制装置及上位管理机工作电源。
5.2.4设置系统及开关参数,并根据现场实际情况，按照使用说明书操作方法，进行小电流预估或短路校验试验。
5.2.6进行短路校验试验时，正常情况下，待测回路断路器自动脱扣断开，控制装置也延时断开，同时录波功能单元单次触发,记录电流波形。
如出现异常，迅速按“急停”按钮，强制分断主回路。
5.2.7分断待测回路直流断路器，断开控制装置和上位管理机工作电源.将测试系统拆下并装箱，恢复直流电源系统．+K M -KM [1\断琏器a * •*\\斷路器6•安全注意事项6.1试验方案准备就绪；有关试验及操作人员熟悉本方案并做好事故预想。
关于直流电源系统级差配合
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。
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。
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。
浅谈变电站中直流断路器的级差配合
浅谈变电站中直流断路器的级差配合断路器和熔断器是电力工程直流电源系统中使用最广泛的主要保护电器，并往往需要多级串联使用，其上下级之间具有选择性保护是保证电力系统安全可靠运行的重要条件。
以往在电力工程直流电源系统中曾多次发生过因断路器或控制熔断器的选择和配合不当而造成的越级分断的问题，一定程度上影响了设备的可靠和电网的稳定运行，通过对直流断路器的级差配合原理分析以及工程应用的配合复杂性，提出可靠的解决方案。
标签：直流断路器级差配合选择原则0 引言在电力系统中，直流系统作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，是继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证。
由于发电厂和变电所直流系统的供电内容多，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或熔断器来进行保护，并往往分成几级串联，这就存在着保护电器如何正确选型及上下级之间级差配合是否具有选择性保护的问题，该问题直接关系到能否把直流電源的故障限制在最小范围内，关系到电力系统运行的安全，对防止直流系统破坏、事故扩大和设备严重损坏至关重要。
以往发电厂和变电所曾多次发生过因直流控制回路熔断器上下级配合不当致使故障时越级熔断而造成事故扩大的现象。
1 关于断路器级差配合的基本原理决定一个低压直流系统运行安全性和可靠性的不仅仅是某一个元件的性能，而是全部元件的协同配合。
开关电器元件的最佳协同工作的前提是导线和设备保护的选择性工作方式。
每个分支、每台电器元件应尽可能受到过载和短路保护，通过通断动作来保护沿着供电方向的其它设备不受任何影响。
设计一个系统的时候，通常选择具有分断能力的保护装置，以与安装点最大可能的短路电流相配。
选择断路器的一个重要原则是断路器的额定短路分断能力≥线路的最大预期短路电流，这个断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。
断路器和熔断器保护配合有两种：一是后备保护，是指利用上级限流断路器或熔断器对大的短路电流的阻拦作用，使得装在限流断路器或熔断器下级的断路器或熔断器获得“加强的”分断能力，也有人称后备保护为“级联”。
关于直流电源系统级差配合
1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一、前言：近几年，随着我国电力事业的飞速发展，新建和扩建的厂、站大量增加，尤其是城农网改造；直流电源系统的设备也得到了前所未有的发展和提高，阀控蓄电池和直流断路器得到了广泛采用，其使用范围、场合以较快的速度增长，设备的总体健康状况和技术水平得到了较大的提高，安全运行和节能环保得到了进一步好转和改善；但是存在的问题仍然不能忽视，务必引起各级领导高度重视，不然会造成严重的后果。
尤其是在城农网改造时，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，其后果不堪设想。
二、造成目前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。
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。
变电站直流系统保护级差配合策略初探
直流电源保护电器级差配合
一、概述当前由阀控式密封铅酸蓄电池,高频开关整流器或微机型晶闸管整流器,直流电源监控装置,直流断路器或熔断器构成的直流电源系统,已经成为电力系统发电厂、变电所不可缺少的必要装备。
直流电源在电力工程和电力系统安全生产中的作用以及直流电源各个环节的可靠性不再论述。
现仅将直流电源保护电器级差配合的有关问题,论述如下:二、背景资料蓄电池在直流电源系统的应用也有50多年历史,基本上是采用刀开关+熔断器的配电系统,接线上也多采用端电池调节,控制和合闸母线,以及环形供电,熔断器保护理论上在大于1.6倍In的级差配合的条件下应该是可靠的,运行维护上只是一个定期更换同一厂家熔断器即可,那时的人们也十分重视熔断器的安秒特性曲线。
30多年前国外成套引进了一批发电设备(前苏联除外)直流电源已全部采用了断路器(如陡河、大港、姚孟等电厂)。
国内工程接受HIS、XML等电厂因蓄电池出口熔断器接触不良,或已熔断,当交流失电时,直流母线也失去浮充电源而失电引起继电保护和自动装置失电,高压断路也无法工作,进而引起主设备烧坏的重大事故,采用加强浮充电检测和更换为带有报警信号触点的熔断器的办法,是当时的反措重点。
上世纪80年代已采用交流断路器和高分断能力的交流熔断器,90年代中期又大量采用交直流两用断路器和直流断路器,近年来又因直流断路器瞬动电流不易整定又大量采用熔断器或与断路器混装。
具体情况是蓄电池出口害怕断路器瞬动脱扣误动。
要求拆除瞬动脱扣或要求一定要装熔断器。
直流母线进出线保护电器,从便于安装和操作方便的需要,也从刀开关+熔断器方案改为断路器,由于安装处短路电流差别不大,断路器瞬动脱扣器的整定重视不够。
负荷侧(指成套保护装置,高压断路器等)的直流电源保护电器,大多数成套厂配置为熔断器;但近年来,各成套厂和高压断路器厂也多更换为不同品牌的直流断路器或交流或交直流两用断路器。
上述情况,造成了直流电源配电系统的保护级差配合问题显现出来了。
直流系统保护电器级差配合试验的应用与优化
直流系统保护电器级差配合试验的应用与优化夏明圣【摘要】直流系统作为电力系统中重要的组成部分,是现代自动控制与监测的基础.近些年电力行业标准及"反事故措施"均对直流系统直流断路器、熔断器的保护级差配合提出了具体要求.文章介绍了直流系统保护电器级差配合的相关发展现状与主流的试验方法,同时结合实际经验总结了"小电流内阻预估短路电流法结合直流保护电器级差配合短路模拟校验法直流系统保护电器级差配合试验"的部分不足,提出了相对应的试验优化改进方法.【期刊名称】《安徽电气工程职业技术学院学报》【年(卷),期】2017(022)001【总页数】9页(P29-37)【关键词】直流系统;级差配合;优化改进【作者】夏明圣【作者单位】中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】TM773+.41.1 直流系统保护电器级差配合的背景在电力系统中，直流电源系统为继电器、断路器、保护及自动控制装置、通讯系统等提供直流控制或动力电源，是电力系统自动监控的重要组成部分，在直流电源回路中，熔断器、直流断路器(直流空气开关)是直流系统各分支出现过流或短路故障的主要保护电器元件。
该保护断路器和熔断器的保护选型和动作值整定是否合适，以及上下级保护之间保护的选择性配合，直接关系到能否可靠地将系统的故障控制在最小范围之内，对防止系统设备损坏、事故扩大和监视控制失灵至关重要。
《防止电力生产事故的二十五项重点要求》(国能安全[2014]161号)中明确提出了：“18.6.1保护装置直流空气开关、交流空气开关应与上一级开关及总路空气开关保持级差关系，防止由于下一级电源故障时，扩大失电元件范围。
”对发电企业直流系统级差配置提出了具体的要求。
各发电企业和电力科学研究院均采用不同的方法对直流系统保护电器级差配合，通过相关试验进行实际校验，并给出确切的结论[1]。
1.2 直流系统保护电器级差配合在电力系统的现状目前，电力系统(发电企业、变电站、大型用电企业)的直流系统供电网络主要采用分层辐射形(树状结构)和环形(环形小母线结构)混合供电方式。
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电力直流电源保护电器级差配合试验方法的研究
作者：艾克拜尔·艾尼瓦尔
来源：《数字化用户》2013年第14期
【摘要】研究了保护电器级差配合试验的方法以及直流系统短路电流估算法，该研究是针对电力直流电源系统保护电器越级跳闸现象所开展的。
文章将保护电器特性仿真法与额定电流校核法进行了对比，对此提出选择性校验试验法。
直流电源保护电器级差配合装置就是根据短路电流预估算法研制的。
【关键词】直流系统短路电流级差配合试验装置保护电器
直流电源系统能够供给人们日常生活、工作中所需的直流电源依靠的是电力工程的通信设备、自动装置、机电保护、断路器等设备，直流断路器以及熔断器在直流电源回路中作为主要的保护电器元件而被广泛使用，它所保护的是短路故障以及直流系统各个出线过流，总之，为了能够隔离或断开馈线回路供电网络，可应用直流断路器及熔断器。
是否能将系统的故障控制在最小范围内，与上下级保护选择性配合以及保护电器动作值整定和选型有着密切的关系。
供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。
为了消除或减轻短路的后果，就需要计算短路电流，以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。
短路电流电力系统在运行中，相与相之间或相与地之间发生非正常连接时流过的电流。
其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。
一、校验直流电源保护电器
（一）级差配合特性法
在采用该方法之前应先建模，根据型号不同的直流保护电器所具有的特性开展建模，直流电源系统保护电器配置可采用仿真软件进行模拟，级差配合情况可根据对仿真结果的分析获得。
通过保护器件电流和延时时间的函数关系是对保护器件建模过程中必不可少的。
通过器件的电流与断路器保护时间之间的函数关系可采用软件函数进行拟合，还需要对多型号的直流断路器以及熔断器饿保护特性曲线进行查阅。
该方法虽然不适合现场试验，但确实具有了很强理论研究意义。
（二）额定电流校核法
选择直流断路器额定电流时应遵循由大至小的原则，且电流之间不得少于四级级差。
能够实现级差配合是通过隔极保护电器的额定电流值能否达到直流系统设计技术规程为基准进行判断的。
该方法虽然在计算方面较为简单，但是只能作指导性参考，不能切实对短路点能够达到级差要求进行判断，因为该方法未考虑到保护电气短路点中直流开关的特性以及短路电流的大小等问题
（三）以短路电流预估算法为核心的校验
1.预估算法
直流电源回路等效电阻可以通过短路点施加电阻负载进行测试，实际短路电流也可利用基于最小二乘曲线拟合方法以及戴维南电路定律等方法进行估算，这就是短路电流预估算法的应用。
在直流电源系统中，每一级短路电流会影响到蓄电池组的寿命，其变化范围较大，电流为几十安到几千安不等，因此，直接测试短路电流试验，具有极大风险性，不适用于现场试验。
，直流电源系统发生短路，本级和上级直流断路器设置为和，蓄电池开路电动势为，直流回路等效电阻为，短路电流为。
而当电阻负载与直流电源末端直流断路器负荷侧相连接时，假设测得的直流开关负荷侧电压为，为小电流短路值，则。
2.中最小二乘曲线拟合
最小二乘法和寻找数据的最佳函数进行匹配，其为数学优化技术。
最小二乘曲线拟合法推求解析函数，并在有限序列的资料点中通过。
未知的数据可以通过最小二乘法简便地获得，并将实际数据域求出的数据之间的误差平方控制在最小范围内。
二、开发测试系统
直流电源保护电气测试系统可按照小电流短路预估算法进行开发，由调节负载、数据采集单元、上位管理机共同构成了测试系统。
短路测试在直流系统末级进行时，测试可直接采用直接短路模式，这是因为短路电流小。
对直流断路器灭弧特性曲线进行录制，并对短路电流的大小进行测试。
当短路测试直流馈线屏或者直流分电屏时，因存在较大短路电流，为了对直流断路器的选择性进行校验，直流短路电流的预测可采用小电流预估法。
数据采集卡、示波器卡、电流传感器、分流器等组成了数据采集单元，实现了高速录制波形、高精度采集电流电压、直流电流电压数据的实时采集。
测试回路小电流的调节可通过改变调节负载电阻来实现，实际短路电流可通过小电流预估算法来实现。
时间继电器和大功率直流接触器构成了延时保护单元，在进行试验时，可接通和延时分断主电路，从而确保测试的可靠性与安全性。
开发管理软件安装在上为管理机上，为分析、储存、管理测试数据提供了平台。
在便携式计算机中可将多组电流、电压测试数据进行储存，预估短路电流和直硫馈线回路电阻可根据趋势外推理论以及最小二乘曲线拟合进行计算，直流系统保护电器级差配合能否达到选择性要求，可根据馈线回路保护电器的技术参数以及规格型号来进行预测。
根据断路器分断特性曲线，以及显示、分析短路模拟校验试验来获得保护电气动作分断时间以及直流系统馈线回路实际短路电流，并对直流系统保护电器级差实际配合情况进行校验。
除此之外，还能够实现报表打印输出、历史记录快速查找、查询、数据管理、电子存档等一系列功能。
三、结束语
供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。
通过试验分析，要想准确测试直流系统每级短路电流，可采用电力直流电源保护电器级差的方法来实现，在短路电流较大的情况下，该方法的应用可以有效避免对蓄电池寿命所产生的干扰、影响，其具有测试安全、实用性强等特点。
参考文献：
[1]程显，廖敏夫，段雄英，邹积岩，马岩.采用电网高压母线负载电流供能的光控真空开关模块操动机构电源设计[J].高电压技术，2011（8）.
[2]敬华兵，年晓红，范瑞祥，刘栋，邓明.直流融冰覆冰线路全控直流融冰电源及其控制切换策略[J].电力系统自动化，2012（13）.
[3]陈文光，饶军，李波，雷光玖，康自华，王明伟，冯鲲.HL-2A MW级中性束注入系统弧流电源设计[J].原子能科学技术，2011（3）.
[4]张华中，朱玲玲，张洪涛，韩爱芝，李新伟，刘中印.基于估算对侧电源阻抗的自适应距离保护算法[J].电力系统自动化，2011（12）.。