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【摘要】断路器和熔断器是电力工程直流电源系统中使用最广泛的主要保护电器，并往往需要多级串联使用，其上下级之间具有选择性保护是保证电力系统安全可靠运行的重要条件。以往在电力工程直流电源系统中曾多次发生过因断路器或控制熔断器的选择和配合不当而造成的越级分断的问题，一定程度上影响了设备的可靠和电网的稳定运行，通过对直流断路器的级差配合原理分析以及工程应用的配合复杂性，提出可靠的解决方案。
【关键词】直流断路器 级差配合 选择原则
0 引言
在电力系统中，直流系统作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，是继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证。由于发电厂和变电所直流系统的供电内容多，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来进行保护，并往往分成几级串联，这就存在着保护电器如何正确选型及上下级之间级差配合是否具有选择性保护的问题，该问题直接关系到能否把直流電源的故障限制在最小范围内，关系到电力系统运行的安全，对防止直流系统破坏、事故扩大和设备严重损坏至关重要。以往发电厂和变电所曾多次发生过因直流控制回路熔断器上下级配合不当致使故障时越级熔断而造成事故扩大的现象。
1 关于断路器级差配合的基本原理
决定一个低压直流系统运行安全性和可靠性的不仅仅是某一个元件的性能，而是全部元件的协同配合。开关电器元件的最佳协同工作的前提是导线和设备保护的选择性工作方式。每个分支、每台电器元件应尽可能受到过载和短路保护，通过通断动作来保护沿着供电方向的其它设备不受任何影响。设计一个系统的时候，通常选择具有分断能力的保护装置，以与安装点最大可能的短路电流相配。
选择断路器的一个重要原则是断路器的额定短路分断能力≥线路的最大预期短路电流，这个断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。
断路器和熔断器保护配合有两种：一是后备保护，是指利用上级限流断路器或熔断器对大的短路电流的阻拦作用，使得装在限流断路器或熔断器下级的断路器或熔断器获得“加强的”分断能力，也有人称后备保护为“级联”。二是选择性保护：所谓选择性保护是指配电系统中相互串联的两个或几个断路器或熔断器之间的电流-时间特性的协调配合，当在给定范围内系统任意点出现过电流故障后，如果沿着能量流动的方向看，只是最靠近故障点的上一级断路器或熔断器动作分断，而且只能由其单独来分断，从而保证其它回路的工作连续性，使受故障影响的负载数目保持在最小程度。
按选择原理分，选择性保护又可以分为：电流选择性和时间选择性，其中：
（1）电流选择性。对于过载保护，其选择性可以通过比较时间/电流特性曲线即可判别。对于短路保护，该比较值太小。其原因在于，脱扣器工作于短路电流和过载长延时特性曲线段的动作特性是不同的。如果某一安装点附近两只断路器的短路电流有明显差异，脱扣器的瞬时脱扣电流值通常这样设定，即在下级断路器下方发生短路故障时，只有该下级断路器才动作。
（2） 时间选择性。另一种判别断路器安装位置上出现的短路电流近似相同时的选择性的办法就是时间选择性。上级的断路器必须配备短路短延时过电流脱扣器，以便故障发生时，只是下级断路器将系统中的故障点断开。
2. 直流电源系统中直流断路器的选择原则
根据相关规程和断路器级差配合选择性试验研究的结果，对电力工程直流电源系统中直流断路器的选择原则可归结如下：
2.1 不同性质的电源和不同的负载应选用不同类型的断路器；
2.2设计选择时要求直流断路器的额定工作电压应大于直流回路电压，额定电流应大于或等于回路的最大工作电流；
2.3断路器的额定短路分断能力应大于通过直流断路器的最大短路电流；
2.4各级断路器的保护动作电流和动作时间应满足选择性要求，考虑上、下级差的配合，并应有足够的灵敏系数；
3. 直流断路器级差配合问题的复杂性
3.1 直流空气开关混用，交流或交直流两用断路器应用在直流电源中，其降容能力，临界分断能力，没有产品数据，试验证明交流断路器的分断能力仅为直流断路器的分断能力的1/5～1/8，额定电流分断直流电流弧光引起烧坏触头现象经常发生，全分断时间的不确定性，也是级差配合中成为难题。
3.2 熔断器和直流断路器混装且品牌不成系列，安秒特性的不完善也给级差配合带来困难。
3.3 直流电源负荷侧的成套继电保护和自动装置保护电器是由成套厂选用，往往是从供电可靠性出发，而不按满足最大负荷电流的选择原则，选用了较大额定电流的保护电器，并且有多路供电的要求。
3.4 不同保护电器有不同的保护特性和离散特性，例如直流断路器瞬动脱扣电流按制造标准规定：直流微型断路器为7～15In，塑壳断路器为8～12In，短路电流大小也对断路器的全分断时间有一定分散性。
3.5 直流设备投运前的安装调试中，也不进行任何保护级差配合的调试工作。
4 根据上述的规程要求以及工程中出现的问题，笔者提出几点建议
4. 1 设计单位和生产厂家的严格把关，按照规程和反措的要求，准确计算短路和负荷电流，进行空气开关的选型以及充分考虑级差的配合，以保证级差配合具有可靠性、选择性、灵敏性。
4.2 各级直流断路器路器的配置应按照短路电流计算结果，在根据各级直流断路器的安-秒特性进行配置，同时通过工程试验进行结果的验证。
4.3 直流断路器的各厂家存在差异，建议一个变电站采用同一厂家的，同一系列。
4.4 变电站内级差配合级数不宜过多；
5 结束语
目前直流断路器的级差配合还是存在很多不合理性，特别强调工程调试过程中级差配合的把关，确保直流系统的安全稳定运行，同时，上述只是笔者初步看法，若有不妥之处，请大家指正。
参考文献：
1 《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》 2012
2 DL/T5044 《火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定》1995
3 DL/T 5120- 《 小型电力工程直流系统设计规程》2000
4. GB 14048.2《低压开关设备和控制设备 低压断路器》2001
作者简介：俞林广（1980-），男，浙江杭州，工程师，长期从事电力系统调试工作
【关键词】直流断路器 级差配合 选择原则
0 引言
在电力系统中，直流系统作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，是继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证。由于发电厂和变电所直流系统的供电内容多，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来进行保护，并往往分成几级串联，这就存在着保护电器如何正确选型及上下级之间级差配合是否具有选择性保护的问题，该问题直接关系到能否把直流電源的故障限制在最小范围内，关系到电力系统运行的安全，对防止直流系统破坏、事故扩大和设备严重损坏至关重要。以往发电厂和变电所曾多次发生过因直流控制回路熔断器上下级配合不当致使故障时越级熔断而造成事故扩大的现象。
1 关于断路器级差配合的基本原理
决定一个低压直流系统运行安全性和可靠性的不仅仅是某一个元件的性能，而是全部元件的协同配合。开关电器元件的最佳协同工作的前提是导线和设备保护的选择性工作方式。每个分支、每台电器元件应尽可能受到过载和短路保护，通过通断动作来保护沿着供电方向的其它设备不受任何影响。设计一个系统的时候，通常选择具有分断能力的保护装置，以与安装点最大可能的短路电流相配。
选择断路器的一个重要原则是断路器的额定短路分断能力≥线路的最大预期短路电流，这个断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。
断路器和熔断器保护配合有两种：一是后备保护，是指利用上级限流断路器或熔断器对大的短路电流的阻拦作用，使得装在限流断路器或熔断器下级的断路器或熔断器获得“加强的”分断能力，也有人称后备保护为“级联”。二是选择性保护：所谓选择性保护是指配电系统中相互串联的两个或几个断路器或熔断器之间的电流-时间特性的协调配合，当在给定范围内系统任意点出现过电流故障后，如果沿着能量流动的方向看，只是最靠近故障点的上一级断路器或熔断器动作分断，而且只能由其单独来分断，从而保证其它回路的工作连续性，使受故障影响的负载数目保持在最小程度。
按选择原理分，选择性保护又可以分为：电流选择性和时间选择性，其中：
（1）电流选择性。对于过载保护，其选择性可以通过比较时间/电流特性曲线即可判别。对于短路保护，该比较值太小。其原因在于，脱扣器工作于短路电流和过载长延时特性曲线段的动作特性是不同的。如果某一安装点附近两只断路器的短路电流有明显差异，脱扣器的瞬时脱扣电流值通常这样设定，即在下级断路器下方发生短路故障时，只有该下级断路器才动作。
（2） 时间选择性。另一种判别断路器安装位置上出现的短路电流近似相同时的选择性的办法就是时间选择性。上级的断路器必须配备短路短延时过电流脱扣器，以便故障发生时，只是下级断路器将系统中的故障点断开。
2. 直流电源系统中直流断路器的选择原则
根据相关规程和断路器级差配合选择性试验研究的结果，对电力工程直流电源系统中直流断路器的选择原则可归结如下：
2.1 不同性质的电源和不同的负载应选用不同类型的断路器；
2.2设计选择时要求直流断路器的额定工作电压应大于直流回路电压，额定电流应大于或等于回路的最大工作电流；
2.3断路器的额定短路分断能力应大于通过直流断路器的最大短路电流；
2.4各级断路器的保护动作电流和动作时间应满足选择性要求，考虑上、下级差的配合，并应有足够的灵敏系数；
3. 直流断路器级差配合问题的复杂性
3.1 直流空气开关混用，交流或交直流两用断路器应用在直流电源中，其降容能力，临界分断能力，没有产品数据，试验证明交流断路器的分断能力仅为直流断路器的分断能力的1/5～1/8，额定电流分断直流电流弧光引起烧坏触头现象经常发生，全分断时间的不确定性，也是级差配合中成为难题。
3.2 熔断器和直流断路器混装且品牌不成系列，安秒特性的不完善也给级差配合带来困难。
3.3 直流电源负荷侧的成套继电保护和自动装置保护电器是由成套厂选用，往往是从供电可靠性出发，而不按满足最大负荷电流的选择原则，选用了较大额定电流的保护电器，并且有多路供电的要求。
3.4 不同保护电器有不同的保护特性和离散特性，例如直流断路器瞬动脱扣电流按制造标准规定：直流微型断路器为7～15In，塑壳断路器为8～12In，短路电流大小也对断路器的全分断时间有一定分散性。
3.5 直流设备投运前的安装调试中，也不进行任何保护级差配合的调试工作。
4 根据上述的规程要求以及工程中出现的问题，笔者提出几点建议
4. 1 设计单位和生产厂家的严格把关，按照规程和反措的要求，准确计算短路和负荷电流，进行空气开关的选型以及充分考虑级差的配合，以保证级差配合具有可靠性、选择性、灵敏性。
4.2 各级直流断路器路器的配置应按照短路电流计算结果，在根据各级直流断路器的安-秒特性进行配置，同时通过工程试验进行结果的验证。
4.3 直流断路器的各厂家存在差异，建议一个变电站采用同一厂家的，同一系列。
4.4 变电站内级差配合级数不宜过多；
5 结束语
目前直流断路器的级差配合还是存在很多不合理性，特别强调工程调试过程中级差配合的把关，确保直流系统的安全稳定运行，同时，上述只是笔者初步看法，若有不妥之处，请大家指正。
参考文献：
1 《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》 2012
2 DL/T5044 《火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定》1995
3 DL/T 5120- 《 小型电力工程直流系统设计规程》2000
4. GB 14048.2《低压开关设备和控制设备 低压断路器》2001
作者简介：俞林广（1980-），男，浙江杭州，工程师，长期从事电力系统调试工作