直流电源系统断路器的级差配合

一、前言随着发电厂、变电站控制负荷和动力负荷对直流电源的要求越来越高，其保护开关的过载保护、短路保护要求也十分严格，它既不能拒动，也不能误动，尤其不能越级误动，否则将造成电力设备的损坏和系统故障、事故范围的扩散甚至大面积停电。而断路器的准确选择和上下级的级差配合是断路器准确、可靠、快速切断故障电流的关键。二、断路器设计选型步骤三、断路器设计选型依据断路器设计选型的主要依据是：DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》其中：4.5节规定：“2组蓄电池的直流系统，应采用二段单母线接线，蓄电池应分别接于不同母线段。二段直流母线间应设联络电器。”；“2组蓄电池的直流系统，应满足运行中二段母线切换时不中断供电的要求。切换过程中允许2组蓄电池短时间并联运行。”；“蓄电池组和充电装置均应通过隔离和保护电器接入直流系统。”；“第三套充电装置应通过切换电器可对两组蓄电池进行充电。”；“试验放电装置，宜经隔离和保护电器直接与蓄电池组出口回路并接。”4.6节规定：直流分电柜的接线，“直流进行宜经隔离电器接至直流母线”；“应防止两组蓄电池并联运行》”6.1.1规定：蓄电池出口回路、充电装置直流侧出口回路、直流馈线回路和蓄电池放电回路等应装设保护电器。6.1.5规定：各级保护装置可采用瞬时电流速断、短延时电流速断和反时限过电流保护。四、额定电流的计算根据DL/T5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》，断路器的额定电流：4.1充电装置输出回路In≥KkImIm充电装置额定输出电流（A），Kk可靠系数，取1.24.2直流电动机回路In≥InMInM电动机额定电流（A）4.3断路器电磁操动机构的合闸回路In≥Kc2Ic1Ic1断路器电磁操动机构的合闸电流（A），Kc2配合系数，取0.34.4控制、保护、信号回路In≥Kc(Icc+Icp+Ics)Kc同时系数，取0.8，Icc控制负荷计算电流（A），Icp保护负荷计算电流（A），Ics信号负荷计算电流（A）4.5直流分电柜电源回路In≥Kc∑(Icc+Icp+Ics)同时要求大于直流分电柜馈线断路器的额定电流，电流级差不宜小于4级。四、额定电流的计算4.6蓄电池组出口回路In≥I1hI1h蓄电池1h放电率电流（A），铅酸蓄电池取5.5I10同时要求In≥Kc4In.maxIn.max直流馈线中直流断路器最大的额定电流（A），Kc4配合系数，取2~3。同时要求满足蓄电池出口回路短路时灵敏系数要求和按事故初期冲击放电电流校验保护动作时间。4.7直流母线联络开关宜采用隔离开关，额定电流In≥Ksin∑Ibuse∑Ibuse较大电流母线段上全部负载电流之和，Ksin同时系数，取0.5~0.6。4.8蓄电池放电回路In≥1.1I10~1.3I10即按放电装置的额定电流来选择。五、选择性校验断路器上、下级之间的动作电流和时间应保证选择性要求，在确定断路器额定电流后，应对断路器上、下级的选择性配合进行校验，按照DL/T5044-2004标准的规定，校验方式如下：5.1过负荷长延时保护（脱扣）：按断路器额定电流整定IDZ≥KKInIDZ保护（脱扣）动作电流(A)，KK可靠系数，取1.05,In额定电流(A)；根据下一级断路器的额定电流进行整定In1≥Kc1In2In1、In2上、下级断路器额定电流(A)，Kc1上、下级断路器保护配合系数，一般取≥1.6t1≻t2t1、t2上、下级断路器在相同电流作用下的保护时间。原则上应选择微型、小型、塑壳型、框架型等不同系列的直流断路器，额定电流从小到大，它们之间的电流级差不宜小于4级。五、选择性校验5.2短路瞬时保护（脱扣）：按断路器额定电流倍数整定IDZ≥KnInIDZ保护（脱扣）动作电流(A)，Kn额定电流倍数，取10,In额定电流；根据下一级断路器的瞬时保护电流配合整定IDZ1≥Kc2IDZ2IDZ1、IDZ2上、下级断路器瞬时保护动作电流，Kc2上、下级断路器瞬时保护配合系数，一般取≥4.0当配合系数不满足要求时，可适当提高上级断路器额定电流，但应进行灵敏系数计算，防止断路器拒动。短路电流计算IDK=nUo/[n(rb+rl)+∑rj+∑rk]IDK断路器安装处的短路电流(A)，n电池单体数，Uo蓄电池组开路电压(V)，rb蓄电池组内阻(Ω)，rl蓄电池间连接导体电阻(Ω)，∑rj蓄电池组到断路器连接导体电阻和(Ω)，∑rk断路器触头电阻和(Ω)。KL=IDK/IDZKL灵敏系数，应不低于1.25,IDZ断路器瞬时保护动作电流(A)。五、选择性校验5.3短路短延时保护（脱扣）：当上、下级断路器安装比较接近，短路电流相差不大，引起短路瞬时保护误动时，应选用短路短延时保护（脱扣）短路短延时保护整定电流按前述方法计算各级短路短延时保护的时间级差应在保证选择性的前提下，根据产品的允许级差，选择其最小值六、选择性可靠性分析100AHDM1aDM2bDM3cIda=1100A（80A，63A）Idb=920A（63A，40A，32A）Idc=640A（16A，10A，6A）在分析断路器短路瞬时保护动作时，应以灵敏度系数Kl作为判定依据Kl=Id/KgInId为短路电流，KgIn为瞬时保护脱扣值，通常为额定电流的10倍，允许20%的误差，当0.8≤Kl≤1.25时断路器可能动作，Kl0.8时断路器可靠不动作，Kl1.25时断路器可靠动作。如果二段式断路器无法满足选择性要求时，DM1和DM2应考滤采用三段式断路器。六、典型断路器保护特性曲线GM32GM100GM225GM400GM800GM1250六、典型断路器保护特性曲线北京人民电器厂三段式断路器特性曲线GMB32GMB100GMB225GMB400GMB800GMB1250GW3B2000