变电站直流电源系统保护电器配置浅述

变电站直流电源系统保护电器配置浅述

作者：曹轩

来源：《数字技术与应用》2011年第01期

摘 要:介绍了变电站直流电源系统保护电器级差配合失当的主要原因,分析了现场运行管理现状及存在的问题,提出了保护电器级差配合解决办法,以及加强直流电源系统保护电器运行管理的具体措施。

关键词:保护电器 级差配合 安——秒特性

中图分类号:TM8 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)01-0047-01 引言

直流电源系统是保证电力系统安全稳定运行的重要设备。在正常运行和交流故障的情况下,均能可靠持续的给断路器提供分合闸电源,为继电保护及自动装置、通讯等提供工作电源,确保继电保护、自动装置正常工作及断路器正确动作。

随着国家电网公司《变电站直流电源系统管理规范》及十电网重大反事故措施等规定的发布,直流电源设备的运行和管理水平都有了较大提高,但由直流电源故障引发或扩大的电网事故仍有发生,其中因直流电源系统保护电器选择不当,级差配合不合理,在故障情况下越级动作或不能正确切除短路故障等原因引发或扩大的事故也有发生。由于变电所直流电源系统的供电范围广,保护电器配置众多,并往往分成三至四级串联,这就存在着保护电器如何正确配置,以保证正常工作及故障下选择性的问题。

1、直流电源系统保护电器越级误动作原因分析

直流系统中越级误动作的原因主要是由保护电器选择不合理造成的。目前,在直流系统中应用的直流断路器逐渐增多,而目前各生产厂家提供的断路器性能表是在产品型式试验时得到的单个产品性能数据,且缺乏直流配合方面的数据,使用者大多数凭经验而定,选用是否合理,是否能真正实现选择性保护配合并不很清楚。引起直流电源保护电器选择上或采用熔断器,或采用直流断路器,或采用熔断器和直流断路器混用,或交、直流断路器都采用。如此多的配置方式,给维护、运行人员带来了极大的困难,也带来越级动作的隐患。

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2、直流电源系统保护电器特性 2.1 低压断路器

低压断路器俗称空气开关,按结构型式可分为万能式和塑壳式。当电气回路中发生过载、短路等不正常情况时,能自动分断电气回路的设备,也可用作接通、分断电气回路。它是低压交、直流配电系统中的重要保护元件之一,具有过载反时限动作断开和短路快速切除的保护功能。断路器的保护元件由电磁式短路脱扣器、热双金式过载脱扣器构成,故其保护曲线由两个曲线拼合而成,使其过载和短路特性与熔丝不同。

交流断路器与直流断路器灭弧原理不同,如将交流断路器用于直流回路中将不能有效、可靠的熄灭电弧,容易造成上下级越级动作及保护电器损坏,因此,直流回路中应使用直流专用断路器。

2.2 熔断器

熔断器在结构上主要由熔断管、熔体和导电部件等部分组成。而其熔体是主要组成部分,它既是感测元件又是执行元件,其由一种电阻率较大而熔点较低的合金制成,当有过大的电流通过时,熔丝产生较大的热量,其温度迅速达到熔点,使熔丝熔断。

由于熔断器切断直流电弧能力差和安——秒特性不稳定,运行中存在累积老化效应等,从而易引起误动或越级熔断事故,目前在直流系统中采用较少。

3、直流系统级差配合现状分析

变电站直流电源管理规定中要求:直流空气断路器、熔断器上、下级应大于2级配置。虽然措施和规定原则性很强,但由于直流系统级差配合复杂,在实际中可操作性较差:

(1)接线复杂。目前的控制、合闸母线环形供电、硅链降压等情况下,强制将熔断器改为直流断路器后级差配合十分复杂,短路电流计算困难。(2)交流或交直流两用断路器应用在直流电源系统中。其降容能力、临界分断能力没有相应数据,全分断时间的不确定性,也是级差配合中的难题。(3)熔断器由于特性的不稳定(各厂家的产品也有差异),温度和湿度影响较大,必须定期或经受冲击电流后更换。(4)熔断器和直流断路器混装且不成系列,安——秒特性的不确定也给级差配合带来困难。(5)直流电源负荷侧的成套继电保护和自动装置的保护电器由成套厂选择,往往仅从供电可靠性出发,而不按满足最大负荷电流的原则选择,导致此类保护电器额定电流过大,给直流电源馈线保护电器的选择和级差配合带来困难。(6)直流电源系统保护电器投运前,未进行任何保护级差配合的调试、验收工作。

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为满足级差配合的选择性要求,实现上级断路器不误动,或者即使上级误动,也不致于造成故障范围扩大,现场多采用三种方式:一种是直流馈电屏或分电屏上断路器与测控保护屏上断路器采用一对一的供电方式。另一种是加大上级断路器的额定电流,使上、下级断路器瞬动整定值的差值加大来保证选择性;还有一种方式是主／分电屏上采用C型脱扣特性的小型直流断路器,终端负荷选用B型脱扣特性的小型直流断路器,以提高级差配合要求。

4、保护电器级差配合建议 4.1 技术措施

(1)简化直流电源接线,从蓄电池组到负荷,保护电器配置在2~3级,最多不超过4级,环形供电改为辐射供电。(2)当上、下级断路器安装的电器距离较近,短路电流相差不大时,可选用三段(过载长延时,短路瞬时,短路短延时)保护的直流断路器,保证上、下级配合性。(3)直流电路中必须选用直流断路器,消除交流断路器或交直流两用断路器。(4)采用限流型断路器,通过限流作用使回路中的短路电流幅值和持续时间大大降低,不但使短路电流的破坏或影响减小,也提高了断路器的短路分断能力,降低断路器配置难度。(5)对切断短路电流的直流断路器或流经短路电流的熔丝,根据短路点不同、短路电流大小差异,适当进行更换,保证其特性处于良好状态。 4.2 管理措施

(1)在变电站建设时,应在设计、设备招标等环节充分重视直流保护电器配合的重要性,以有关规定及反措条款为依据,在理论计算的基础上,整体考虑直流电源系统保护电器设备选型。(2)研究单位在变电站典设的基础上,通过大量模拟实验,形成直流电源系统保护电器典型配置方案或指导方案,便于现场设备运行管理。(3)将直流电源保护电器配合性验收纳入设备验收规定中,在设备投入使用前,具备校验、检查条件的情况下,对保护电器配置进行校验,降低设备运行风险。(4)加强在运直流电源保护电器的运行管理,条件允许的情况下,进行模拟实验,检查保护电器配合性,并对存在问题的,及时进行改造处理。 5、结语

直流电源系统保护电器合理配置,不但会提高直流电源设备运行可靠性,也从基础上提高了电力系统一次电气设备、电网稳定运行水平。随着制造技术的不断提高,直流保护电器性能的提高及产品线的完善,人员认识水平的不断提高,规程、规定及管理措施的细化,直流电源系统保护电器规范化、科学化配置水平会不断提高。

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