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论小型直流断路器的选择性保护 北京人民电器厂有限公司 南寅 赵志群 张自峰 2009-4-11 摘要：本文介绍一种二段式保护小型直流断路器，它分别具有极高的限流特性和延迟 动作特性，这二种特性在电力直流电源系统中有机的配合使用，可实现一只馈电屏断路器 对多只测控保护屏断路器的配合而且具有选择性保护，有着很高的技术、经济价值。 关键词：选择性 级差配合 限流特性 动作时间 小型直流断路器 0 前言 小型直流断路器具有安装维护方便、操作灵活、稳定性高等特点，在电力直流系统中 应用已经十分广泛。它担负着继电保护、自动装置、控制操作回路在产生故障电流时的保 护作用。 变电站直流系统采用放射形、放射形与环形混合及环形等多种供电方式，保护电器（直 流空气开关）一般为三级或四级串联使用。变电站典型三级串联系统如下：第一级为蓄电 池出口断路器或熔断器，第二级为动力母线和控制母线馈出断路器，第三级为测控保护屏 断路器或高压断路器操作回路断路器。四级级差系统的第三级为分电屏断路器，第四级为 测控保护屏断路器或高压断路器操作回路断路器，第一、二级保护电器同三级级差系统。 直流断路器上下级之间的选型正确与否以及是否把直流电源的故障电流限制在最小范 围内，关系到电力系统运行的安全，对防止系统破坏、事故扩大和设备损坏极为重要。本 文就变电站三级级差系统和四级级差系统利用二段式小型直流断路器的高限流特性和延迟 动作特性，来解决现实存在的系统级差配合问题和接线复杂问题，并为用户提供既经济又 可靠的直流电源系统保护电器配置方案。 1 存在的各种问题 在直流系统中，因各地供电局对各变电站蓄电池容量的选取、直流屏及测控保护屏供 电方式、连接方式和保护重要度等技术要求不同，其分布位置就相应不同，导致导线、导 体选取的截面积、长度都不一样，这些因素的差异，都会使回路电阻值产生变化，电阻值 1 的变化使短路电流值也随之产生变化，致使每个站的短路电流都不一样。所以，变电站直 流系统的断路器级差配合方案设计，由于上述因素的变化太大，一直没有很好的办法解决。 我们调查了一些区域的变电站：馈电屏直流断路器出线端所接导线为4mm2 ，此规格导 线允许长时间通过的电流要小于 25A 。用户为了扩大与测保屏断路器的选择性范围，把馈 电屏断路器电流规格最大提高到 63A 。这一定程度上能够解决短路保护的选择性问题，但 这又带来了过载保护的非选择性问题：开关规格和导线截面积不匹配。这时，当导线出现 36A～70A 电流时，馈电屏断路器将不能行使对导线的过载保护，这就造成了导线长时间过 载运行，甚至会导致线路着火的严重事故。 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 于造成事故扩散，现在很多直流系统中馈电屏 （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，该方式导致的问题是：每对断路器之间都有二条导线，馈电屏 （或分电屏）与测控保护屏之间的距离小则十几米，多则上百米，这又多又长的导线捆在 一起，经过多年的运行使用会产生复杂而又混乱问题，如：导线与断路器连接松动；导线 的绝缘下降；意外的损伤、咬伤；交织在一起的导线隐藏着多路相互短路或电弧放电着火 等危害，将会导致测控保护屏全面失电的重大隐患。 还有一种存在隐患的直流系统保护电器的配置方式是：为了跟上级馈电屏或分电屏上 的C 型脱扣器特性、16～32A 的直流小型断路器实现选择性保护，而在测控保护屏选用B 型脱扣器特性、2A~6A 的直流小型断路器，此种方式存在着误动的可能。标准 GB10963.2-2008 《家用及类似场所用过电流保护断路器第二部分：用于交流和直流的断路 器》规定，B 型脱扣器特性的短路瞬时动作范围是4～7In 。如果测控保护屏中某一回路选 用B2A 微型断路器，那么回路中电流只要大于8A，比如8.5A，这个断路器瞬时脱扣器就 有可能会动作（0.01s 内）。而安装于测控保护屏中的各种装置，因为功能不同，特性不同， 生产厂家不同，在启机、运行过程中，都有可能产生足够使B 型特性断路器误动作的扰动 电流。因此，测控保护屏上的直流微型断路器应选用瞬动脱扣器倍数较大的C 型脱扣器特 性（短路瞬时脱扣器动作范围符合7～10In）。 同时，