变电站直流系统断路器级差配合探讨(2)

直流系统的短路电流计算公式为

目前广州地区110kV及220kV变电站直流系统电压等级有220V及110V两种,蓄电池容量有200Ah,300Ah,500Ah,根据式(1)计算出短路电流,见表3。

根据表3的数据,选定1450A,1900A,2400A,2800A为分界点,即当短路电流为以上4个数值中的其中之一时,验证上下级之间能否进行级差配合。如果预期的短路电流大于3100A,则超出试验范围。对以下实验结果进行分析:

a)当短路电流为1400A(即直流电压110V,蓄电池容量200Ah)和1900A时(即直流电压110V,蓄电池容量300Ah);

b)当短路电流为2400A时(即直流电压110V,蓄电池容量500Ah);

c)当短路电流为2800A时(即直流电压220V,蓄电池容量200Ah)。

4 断路器级差实验结果分析及结论

a)当短路电流为1400A和1900A时,第二级断路器选择额定电流为20A的直流断路器,除了S252S-C20断路器下级不可配置5SX5-3A断路器及5SX5-20A断路器,与S252S-C03及GM32-3A断路器配合出现发散现象,其它第三级断路器的试验可配置额定电流为3A的直流断路器。就此看来,额定电流为20A的第二级断路器与额定电流为3A的第三级断路器不容易配合,额定电流为32A的第二级断路器可以配置额定电流为3A的第三级断路器,额定电流为63A的第二级断路器可以配置额定电流为6A及3A的第三级断路器。

b)当短路电流为2400A时,第二级断路器选择额定电流为20A的直流断路器,则第三级不可以再配置额定电流为3A的直流断路器。第二级断路器额定电流为32A时,第三级可以配置额定电流为3A的直流断路器。第二级断路器额定电流为63A时,第三级可以配置额定电流为3A的直流断路器,且第三级可以配置ABB、梅兰日兰以及北京开关电器厂额定电流为6A的GM32断路器,但已经出现不能与西门子额定电流为6A的断路器配合的情况。

c)当短路电流达到2800A时,选择第二级断路器额定电流为20A或32A,则第三级不可以再配置额定电流为3A的断路器。当第二级断路器额定电流为63A时,第三级虽可以配置ABB、梅兰日兰以及北京开关电器厂额定电流为6A的GM32断路器,但已经出现不能与西门子额定电流为6A的断路器配合的情况。

d)北京人民电器厂器件第二级断路器与第三级断路器的配合情况见表2。

短路电流为2800A时,第二级断路器为三段保护断路器GMB32-20A(额定电流为20A,10ms延时),第三级断路器可配置两段保护断路器GM32(额定电流为10A)。若第二级断路器为三段保护断路器GMB32-32A(额定电流为32A,10ms延时),第三级断路器可配置两段保护断路器GMB32-20A(额定电流为20A)。若第二级断路器为三段保护断路器GMB100-63A(额定电流为63A,30ms延时),则第三级断路器可配置三段保护断路器GMB32-32A(额定电流为32A,10ms延时)。

5 级差配合存在的问题及建议

对实验结果进行分析,目前广州地区变电站直流系统断路器在第二级与第三级的上下级选择配合上存在如下问题:

a)从实验结果来看,目前直流系统存在三级配合和四级配合的情况,显然四级配合不容易实现上下级的配合,应尽量简化为三级配合。

b)在三级配合回路中,目前普遍采用第二、三级均为直流断路器的配合模式,但在大多数情况下,上一级选用额定电流为20~63A的直流断路器,而下一级选用额定电流为10~25A的直流断路器。根据以上分析,这种情况也不能满足级差配合要求,当上一级选额定电流为63A的直流断路器时,下一级只可以配置额定电流为6A的直流断路器,并宜选用同一厂家的产品。

c)在变电站直流系统供电网络中,往往有许多支路需要设置断路器或熔断器进行保护,并通常分成三级或四级串联,这就存在着如何正确选择保护方案和保护上下级之间的配合问题。例如目前广州地区变电站直流系统某些四级回路中,存在四级的直流断路器额定电流与三级的直流断路器额定电流相同,甚至大于三级的直流断路器额定电流,这显然不能满足级差配合的要求,这种情况必须在工程设计中避免发生。

d)目前广州地区变电站直流系统已经较少二级为熔断器与三级直流断路器配合的情况。在一级与二级之间的配合上,多数采用一级为熔断器,二级为直流断路器,经过实验证明,一级与二级之间存在可选择性。

6 结束语

笔者收集了广州地区近几年变电工程的直流电源系统中不同厂家、不同型号的短路保护用小型断路器常用组合,进行试验分析,为变电站直流系统第二级与第三级断路器配置推荐合理的、具有选择性的级差配合方案,为今后电力工程设计选型和相关规程的修订提供依据。需要说明的是,断路器和熔断器制造厂家较多,型号规格各异,配合方案众多,受试验条件和时间限制,只能针对特定的工程以及特定的配置方案,抽取部分样品做有限次的试验,因此试验结果有一定局限性,试验结论仅供参考。

参考文献:

[1]DL/T5044—2003,电力工程直流系统设计技术规程[S]。

[2]能源部西北电力设计院。电力工程电气设计手册[K] 7版 北京:中国电力出版社,2003

[3]广州电力设计院。直流系统空气断路器级差配合试验分析[R].广州:广州电力设计院,2005。