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变电站直流系统断路器级差配合探讨(1)

摘要:根据目前广州地区变电站直流系统断路器配置中的级差选择和组合方式,对直流断路器进行了级差配合的实验,并对实验结果进行分析,为变电站直流系统断路器第二级与第三级的级差配合、直流断路器的选型、直流系统设计提供参考方案和设计依据。

随着我国电力工业的快速发展,超高压、大容量输变电系统和设备已成为电网发展的方向和重点,电网和变电站的安全可靠性越来越被关注。变电站直流系统属于变电站二次设备,它是提供继电保护、操作控制、音响信号以及事故照明的重要电源。直流系统通常由蓄电池组、直流充电机、控制装置、保护和监测装置、直流母排、导线、电缆组成供电网络。

直流断路器是直流系统供电网络的重要元件。变电站直流系统中的直流断路器一般为小型空气断路器,它是集操作和保护为一体的开关器件,具有安装维护方便、操作灵活、稳定性高等特点,已被大量应用在变电站直流系统供电网络中。断路器一旦发生故障或级差配置不当,将直接影响直流系统网络的安全供电,并给电网安全运行带来极大的危害。

1 广州地区变电站直流系统断路器使用现状

广州地区220kV及以下变电站直流系统的保护电器一般分为三级,其中第二级与第三级均使用直流断路器。直流断路器上下级之间是否具有选择性的级差配合,直接关系到能否把直流系统的故障短路电流限制在允许范围内,以防止系统被破坏或造成设备损坏事故。广州电网近年来由广州电力设计院设计的4个220kV变电站和9个110kV变电站的相关统计资料表明:目前,变电站直流系统供电网络主要采用放射形和环形混合供电方式,通常主控室内保护和控制盘柜采用放射形供电方式,而10~220kV各级配电装置则采用环形供电方式。断路器作为保护电器通常分三级设置,个别也有采用四级设置。直流屏和各级配电装置的保护电器(断路器)的选择一般由生产厂家提供的定型产品性能指标决定,综合自动化系统和保护装置的保护电器(断路器)通常选用进口产品。

2 断路器级差实验的依据和目的

通常由生产厂家提供直流断路器定型产品的性能指标参数,并作为直流系统设计选择断路器的依据,因此在设计时要选择性能指标参数符合运行要求的断路器,而且必须按照国家或行业标准以及运行规程进行配置,并对级差配合进行校核。根据DL/T5044—2003《电力工程直流系统设计技术规程》6.1.3录E的规定,保护配合原则为:a)熔断器装设在直流断路器上一级时,熔断器额定电流应为直流断路器额定电流的2倍及以上;

b)直流断路器装设在熔断器上一级时,直流断路器额定电流应为熔断器额定电流的4倍及以上;

c)在附录E“直流断路器选择”中,短路瞬时保护(脱扣器)要求其上下级的配合系数大于或等于4。

为验证断路器的级差配合,广州电力设计院在2005年的科研项目中,对广州地区变电站近年来在设计和运行中的直流系统采用不同厂家和不同型号的产品,对用于短路保护的断路器常用级差组合方式进行了直流短路分断试验的研究。实验目的是验证所选定断路器的保护特性以确定级差配合,试验方法是在多级保护断路器回路中逐步增大直流短路电流,直至上下级之间不能配合为止,验证第二级直流断路器与第三级直流断路器在不同的短路电流下的级差配合。实验接线见图1,断路器配合方案及器件型号见表1和表2。

3 断路器级差实验的结果

实验是按照预期短路电流为较小的定值情况来试验某组断路器的级差配合。通过不断升高预期的短路电流Ik,直至上、下级之间无法配合时,说明在大于或等于该预期的短路电流Ik的时候该组级差已无法配合,试验终止。本次实验的最大短路电流3100A,直流电压110V。

来源:广东电力
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