变电站直流系统断路器和熔断器级差配合_电力/水利_工程科技_专业资料。变电站直流系统断路器和熔断器级差配合
2004 年第 2 期 河北电力技术 第 23 卷 变电站直流系统断路器和熔断器 级差配合的试验研究 Experimental Research on Stage Difference Coordinaion of Breakers and Fuses in DC System of Substations 贾玲珍, 张贺伟 ( 石家庄供电公司, 河北 石家庄 050051) 摘要: 对新颁直流设计规程中保护元件的多级配合问 题进行 了探讨, 对直流系统熔 断器、直流断 路器配 置选择 提出 了建 议, 并给出了直流系统典型级差配置的现场试 验结果。 关键词: 直流系统; 级差配合; 保护; 试验 Abstract: T his paper discusses the multi- stage coordination of protective elements in the new ly issued Design Reg ulations on DC Systems . T he authors pr opose some suggestions on stage coordination of cir cuit breakers and fuses in DC system, and present the results of field- tests for ty pical stage differ ence co ordinatio n configuration of DC system. Keywords: DC system; stage differ ence coordination; pro tection; t est 中图分类号: T M 561; T M 563 文献标识码: B 文章编号: 1001- 9898( 2004) 02- 0021- 03 0 前言 随着我国电力工业的不断进步, 电力系统向超 高压、大容量方向发展, 为这些大容量电力设备提供 控制、保护、信号、操作电源, 直流系统的安全、可靠、 经济运行就必须提到一个新的高度。 正常运行时, 直流系统为断路器提供合闸电源, 为继电保护及自动装置、通讯等提供直流电源; 故障 时, 特别是交流电源中断情况下, 直流系统为继电保 护及自动装置、断路器合跳闸、事故照明提供安全可 靠的直流电源, 是电力系统继电保护、自动装置和断 路器正确动作的基本保证。在直流回路中, 熔断器、 断路器是直流系统各出线过流和短路故障主要的保 护元件, 可作为馈线回路供电网络断开和隔离之用, 其选型和动作值整定是否适当以及上下级之间是否 具有保护的选择性配合, 直接关系到能否把系统的 故障限制在最小范围内, 这对防止系统破坏、事故扩 大和主设备严重损坏至关重要。因此, 加强熔断器、 断路器选择及配置的准确性, 对提高电力系统运行 的安全可靠性具有重要意义。 1 级差配合存在的主要问题 由于变电站直流系统供电内容多, 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 或熔断器进行保护, 并往往分成三级或四级串联, 这 就存在着正确选择保护方案和保护上下级之间的配 合问题。 1. 1 交直流断路器混用 由于交、直流的燃弧及熄弧过程不同, 额定值相 同的交直流断路器开断直流电源的能力并不完全一 样, 用交流断路器代替直流断路器或交、直流断路器 混用是保护越级误动的主要原因之一。 断路器瞬时动作采用磁脱扣原理, 判据为通过 的电流峰值, 断路器标定的额定值为有效值, 而交流 电的峰值高于有效值, 在相同定值下, 在直流回路中 交流断路器实际额定值高于直流断路器。另外, 因 交流断路器与直流断路器灭弧原理不同, 交流断路 器用于直流回路不能有效、可靠地熄灭直流电弧, 容 易造成上级越级动作。 1. 2 熔断器质量及参数问题 各生产厂家提供的熔断器技术数据是在产品型 式试验时得到的, 且校验熔断器的分断能力是在交 流电源周期分量有效值下做的, 熔体动作选择配合 特性曲线也是交流安秒特性曲线。这与变电站直流 系统发生短路故障时的实际情况有一定差距。 各熔断器厂家及设计手册提供的级差配合是按 同一型号、同熔体材料确定上、下级差, 从而保证满 足选择性的, 当回路中有不同类型的熔断器时, 熔断 器之间的级差配合更应引起高度重视。同时, 由于 收稿日期: 2004- 02- 27 作者简介: 贾玲珍( 1970- ) , 女, 工程师, 主要从事变电二次设计工作。 21 2004 年第 2 期 河北电力技术 第 23 卷 目前低压电器生产厂家较多, 不能完全保证产品质 量, 所以即使同一厂家、同一型号的熔体, 其参数也 有一定的分散性。 1. 3 上、下级间的额定值级差选择不当 熔断器采用热效应原理, 而断路器是磁效应与 热效应相结合, 安秒特 性曲线不同, 配合级差 也不 同。对于断路器之间、断路器与熔断器之间的级差 配合不应照搬熔断器间的配合规定。 2 熔断器、直流断路器级差配置现场试验 为了适应新颁 DL/ T 5044- 2003 电力工程直 流设计技术规程 ( 以下简称设计规程) 有关规定, 验 证变电站直流系统中断路器和熔断器几种典型的级 差配置方案是否满足选择性保护的要求, 探索直流 断路器之间的级差配合、直流断路器与熔断器的配 合及其上下级之间的选择配置, 选择了石家庄供电 公司所辖变电站直流系统中部分直流断路器、熔断 器的典型保护级差配合方案进行了现场试验, 并对 具备延时功能的三段式直流断路器也进行了试验验 证, 确认了实现选择性保护的配合条件。 2. 1 短路电流的选取 按照直流断路器及熔断器安装现场可能出现的 最大短路电流, 将试验元件串联安装进行短路试验。 为保证试验电流高于现场可能 出现的最大短 路电 流, 增加了适当裕度, 短路电流选取结果为: a. 300 Ah 及 200 Ah 蓄电池组, 对于合闸馈出 线电缆短路故障, 短路电流选 2 000 A。 b. 100 Ah 蓄电池 组, 对于 合闸馈出线电 缆短 路故障, 短路电流选 1000 A。 c. 控制、保护回路末端熔断器或直流断路器出 口短路, 短路电流选 200 A。 2. 2 试验方案及结果 经对变电站直流系统安装使用的保护电器进行 调查, 按照设计规程有关规定, 确定出熔断器 熔断 器、断路器 熔断器、熔断器 断路器、断路器 断 路器 4 类 12 项试验方案。试验结果见表 1。 2. 3 结果分析 2. 3. 1 熔断器 熔断器 设计规程要求: 如果装设熔断器的型号和各熔 件材料相同, 为保证选择性, 必须使电路中相邻两级 熔断器熔件的额定电流的级差至少相差两级。 本次试验的前提是选取了同厂、同型号、同批次 的产品。因其具有相同的安秒特性, 两级级差的配 合, 在短路电流达到上级的 10~ 30 倍范围内, 均正 22 确动作, 表现出良好的配合特性。石家庄供电公司 曾对变电站直流回路的熔断器进行了统一更换, 具 备此项试验的现场条件。 表 1 熔断器、直流断路器级差配合试验结果 项目 熔断器 熔断器 上级 下级 元件 元件 RT 14- 10 RT 14- 6 短路电 试验 全分断 流/ A 次数 时间/ ms 108~ 320 4 10. 6~ 2. 52 直 流 断 路 5SX 5- 25 RT 14- 6 190~ 202 器 熔 断 GM 32- 25 RT 14- 6 204~ 216 5SX 5- 40 RT 14- 10 216 器 GM 32- 40 RT 14- 10 216 熔断器 直 N T- 80 GM 100- 40 670~ 1040 流断路器 N T- 160 GM 100- 100 2 040 GM100- 20 GM 32- 6 200 直 流 断 路 GM 32- 25 GM 32- 6 200 器 直 流 5SX 5- 25 GM 32- 6 200 断路器 GMB32- 25 GM 32- 16 960 GMB100- 80 GM B100- 50 2 080 3 4. 0~ 4. 1 3 4. 1 3 9. 6~ 9. 68 3 9. 8 4 9. 5~ 8. 1 3 8. 0~ 8. 6 3 4. 8~ 5. 6 3 4. 8 3 4. 0~ 5. 7 34 3 7. 1~ 7. 3 注: 试验结果均为: 下级断, 上级正常。 2. 3. 2 断路器 熔断器 设计规程要求: 断路器下一级可装设熔断器作 为保护电器, 断路器的额定电流应大于熔断器的额 定电流 4 倍及以上。 此项试验结果与设计规程相吻合。 但此项试验的前提是短路电流为上级额定电流 的 8~ 9 倍, 刚进入上级断路器的速断区, 如果短路 电流增大到一定值时, 按照参考文献[ 2] 中的试验结 果, 上、下级会同时动作, 造成越级。因此, 在工程应 用中, 除断路器的额定电流应大于熔断器的额定电 流 4 倍及以上外, 还应核定最大短路电流不应超过 上级断路器额定电流的 10 倍。 2. 3. 3 熔断器 断路器 此项试验条件严于设计规范, 熔断器的额定电 流大于断路器额定电流的 1. 6 倍。试验结果与设计 规范相吻合。 但此项试验的短路电流是上级熔断器额定电流 的 12~ 13 倍, 因此: a. 蓄电池出口熔断器因按照蓄电池 1 h 放电容 量并加大一级选择, 其最大短路电流在此范围内, 能 够与下一级断路器配合, 不必核定最大短路电流。 b. 如用于回路下级, 因熔断器的熔断速度随短 路电流增加而加快, 而断路器的脱扣速度基本不变, 在短路电流大到一定程度时, 二者动作接近而造成 越级。参考文献[ 2] 的试验结果也证实了此点。 因此, 在工程应用中, 除断路器的额定电流应大 于熔断器的额定电流 4 倍及以上外, 还应核定最大 短路电流不超过上级断路器额定电流的 10~ 12 倍。 2004 年第 2 期 河北电力技术 第 23 卷 2. 3. 4 直流断路器 直流断路器 2. 3. 4. 1 两段式直流断路器 两段式直流断路器在短路电流是上级开关额定 电流的 8~ 10 倍范围、4~ 5 级级差配合下, 正确动 作, 配合良好。 但如果短路电流达到或超过上级断路器额定电 流的 10 倍时, 上下级断路器均进入速动区, 同时动 作, 造成越级跳闸。 另外, 因塑壳式直流断路器的固有动作时间高 于微型断路器, 因此上级配塑壳断路器、下级配微型 断路器的配合, 其具备选择性的短路电流值要高于 同型配合, 据国内有关试验, 其选择性极限电流延伸 到约为 20 倍左右的上级额定电流。 2. 3. 4. 2 三段式直流断路器 三段式直流断路器, 上级为三段式, 下级为两段 式或三段式直流断路器时, 级差为 2 级, 在短路电流 为上级断路器额定电流的 25~ 40 倍范围均正确动 作。 设计规程对三段式直流断路器的级差配合未做 规定。从试验结果看, 由于上级断路器短延时时间 大于下级断路器全分断时间, 上级短延时能够返回, 因此可以实现小级差配合, 而且不须考虑短路电流 的影响, 能够适应设计规程关于直流分电屏设计方 案中多级配合的要求。 3 直流系统保护方案选择建议 3. 1 熔断器 熔断器配合 应选用正规生产厂家同厂、同型号的产品, 可方 便地用于对变电站原有熔断器的统一更换工作。但 对于新建站, 由于熔断器均为设备自带, 难以保证同 厂、同型号, 特别是难以保证设计规范要求的 各熔 件材料相同 的要求, 因此, 不同厂家、型号的熔断器 配合, 应加大级差。 3. 2 熔断器与断路器( 两段式) 间及同型两段式断 路器间的配合 除应按设计规程执行外, 还应核定最大短路电 流不应超过上级元件额定电流的 8~ 10 倍。 3. 3 不同型号断路器的配合 应考虑断路器的固有动作时间, 必须保证上级 断路器固有动作时间不小于下级固有动作时间。推 荐采用上级塑壳式断路器、下级微型断路器的配合。 3. 4 三段式断路器 采用三段式断路器可以实现小级差配合, 而且 不必考虑短路电流的影响, 能够适应设计规程关于 直流分电屏设计方案中多级配合的要求。 参考文献: [ 1] DL/ T 5044- 2003, 电力工程直流设计技术规程[ S ] . [ 2] 范瑞逢, 邵卫祥. 直流系统中 空气断路器 和熔断器 级差配合 试 验研究简介[ J] . 直流电源, 2004, ( 2) . ( 上接第 12 页) 图 2 链轮直径为 200 mm 的转速与出力的关系 4. 2 存在的问题及建议 4. 2. 1 温度问题 a. 由于给料阀经常运行在 150 左右, 叶轮两 侧的压盖密封维护量较大, 在密封没有被损坏之前 需要经常检查压紧, 密封损坏后需更换, 因此应寻找 更好的密封方式, 避免漏风。 b. 当冷渣器排渣温度较高时, 由于漏灰和热传 递的双重作用, 叶轮的轴承易出现卡死现象, 影响叶 轮正常转动。采用耐温 200 的轴承后, 轴承卡死 现象消失。 c. 运行时应尽量降低冷渣器的排渣温度, 以使 旋转给料阀能够更好地运行, 减少锅炉热耗。 4. 2. 2 燃煤颗粒度及炉内异物的影响 由于燃煤颗粒度和炉内异物的影响, 给料阀运 行初期也出现过多次卡涩现象, 经调整入炉煤颗粒 度和除铁器的工作状态, 保证了燃煤粒度和煤中铁 件的清除, 卡涩现象明显减少。另外, 由于燃煤颗粒 偏大或卡涩造成运行电机堵转的问题, 通过采用加 大叶轮链轮直径的措施得到了解决。 5 结束语 按照生产厂家的设计要求, 在冷渣器排渣管上 装设旋转给料阀, 可实现对排渣量的精确调整, 对冷 渣器运行的床压也可实现很好的调节, 使锅炉炉膛 的床压处于良好的受控状态, 保证了锅炉的安全稳 定运行。 为了保证旋转给料阀能够正常运行, 严格控制 冷渣器的排渣温度、保证合格的燃煤粒径、控制底渣 中的异物等都是至关重要的因素。 23
