直流断路器选择性保护解读

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1、直流断路器选择性保护,提纲,保护电器选型分析,直流断路器的保护机理,目录,直流断路器的分类,使用熔断器应注意的问题,提纲,软件分析与服务,目录,应用举例某220KV变电站直流系统分析及解决方案,直流产品可靠性保证手段,一、直流断路器的分类 以壳架型式分：小型直流断路器，塑壳式直流断路器，万能式直流断路器。 以保护形式分：热磁式两段保护（热过载长延时保护、电磁短路瞬时保护）；电子式三段保护（热过载长延时保护、电磁短路瞬时保护、电子式短路短延时保护）；热磁式选择性保护（热过载长延时保护、热式短路短延时限流型反时限保护）。 以接线方式分：板前接线、板后接线、插入式接线、抽出式接线。 以外部附件分：手

2、操机构、电操机构。 以内部附件分：辅助触头、报警触头、分励脱扣器、欠压脱扣器。 以额定电压分：DC48V、DC110V（125V）、DC220V（250V）、440V、500V、1000V、1500V,直流断路器的分类,二、直流断路器的保护机理 热磁式两段保护直流断路器的保护机理 热过载保护机理：过载保护主要是通过热反时限延时的双金属片来实现。 电磁短路保护机理：一般通过螺管式电磁铁，实现断路器短路瞬时保护。 电子式三段保护直流断路器的保护机理 热过载保护机理：同上。 电磁短路保护机理：同上。 电子式短路短延时保护机理：在脱扣机构上连接电子控制装置。 热磁式选择性保护直流断路器的保护机理 热过

3、载保护机理： 热式短路短延时反时限保护机理：快动双金属片。,直流断路器的保护机理,三、保护电器选型分析,保护电器选型分析,1.蓄电池出口保护电器选型全程反时限GM5FB系列,蓄电池出口我们需要什么样的保护电器？,蓄电池出口对保护电器的要求： 1）高安全性：安全性不拒动（200Ah，200A；长距离电缆末端短路）； 2）高可靠性：不误动，结构可靠； 3）高效性：选择性要求最高：禁止出现越级跳闸 4）兼顾灵敏性：满足选择性前提下，最大限度提高本级保护的灵敏性,保护电器选型分析,1）满足安全可靠性：GM5FB塑壳，动作特性逐台检测，纯机械式，短延时保护不依靠线路板； 2）满足选择性： GM5FB塑壳

4、，全程反时限延时保护； 3）满足灵敏性： GM5FB塑壳，全分断时间在100ms以内，优于熔断器。超强限流特性，利于动稳定性和热稳定性,蓄电池出口，我们推荐什么样的产品？,蓄电池出口断路器和机组控制系统塑壳断路器选型,保护电器选型分析,GM5FB系列选择性保护塑壳式直流断路器 脱扣特性曲线,保护电器选型分析,GM5FB系列断路器电气原理图和结构示意图,GM5FB系列断路器电气原理图,In,Isd,保护电器选型分析,2.分电屏保护电器选择性和灵敏性的兼顾GM5B-40系列,1）定时限的短路短延时保护满足选择性； 2）在满足选择性的前提下，缩短短延时时间 3）响应DLT-5044新规程的要求，满足

5、高分断能力,当分电屏本级出现短路，我们如何同时兼顾选择性和灵敏性？,保护电器选型分析, GM5B-32/GM5B-40系列断路器参数表,1）GM5B-32/40系列和下级两段式断路器自然实现选择性； 2） GM5B-32/40系列短延时时间7ms，满足选择性前提下用时更短； 3） GM5B-32/40系列分断能力最高可达20KA，满足各种直流系统要求,分馈电屏，我们推荐什么样的产品？,保护电器选型分析,3.直流末端保护电器的灵敏性和限流GM5-63L型,1）灵敏性的保证低脱扣倍数 2）可靠性要求不误动，容性负载（储能电容） 3）事故照明回路特殊要求： 国标GB10963.2规定：同时符合用于交

6、流回路中，单极分断AC400V，6kA短路分断能力的要求。,灵敏性如何保证？可靠性？限流的必要性？,保护电器选型分析, GM5-63系列断路器参数表,1）GM5-63CL型脱扣倍数7-10In（低脱扣倍数，既保证灵敏性，又避免误跳）； 2）GM5-63CL型组合式灭弧系统极大提高限流能力； 3）GM5-63CL型（无极性）接线不再区分正负极，避免接错线烧开关,直流末端保护电器，我们推荐的产品？,保护电器选型分析, PT回路我们推荐的产品,1）要求电压互感器出口断路器自身为低压降，以减少电能计量装置的误差； 2）要求电压互感器出口断路器对PT线路快速保护，对断路器灵敏性要求高；,计量回路对交流微

7、型断路器的技术要求？,保护电器选型分析,1）GMT32（B）系列断路器内阻值仅为普通断路器内阻值的10%15%； 2）GMT32（B）系列 断路器短路瞬时脱扣电流为2.83.5In；,四、使用熔断器应注意的问题 1.熔断器的种类，如下表。,使用熔断器应注意的问题,2.大熔断器与小熔断器的焦尔积分的区分明显，使得熔断器的选择性很好，但大趋势为什么不用了 （1）熔断器本身设计上的缺陷，熔体的老化现象： 无冶金效应的熔体老化现象：由于熔断体反复负载使熔体受到加热和冷却的循环，产生热膨胀和冷却收缩，使熔体受到机械应力，引起熔体金属材料晶格粗化、扭曲，导致电阻率增加而使特性变坏。 有冶金效应的熔体老化现

8、象：由于熔体通过电流时温度的增加，还会使灭弧介质材料的分子溶解到熔体中去，产生合金现象，改变了熔点，而使特性变坏。 （2）由于熔断器受环境温度和湿度的影响较大，熔断时间分散性大。,使用熔断器应注意的问题,（3）熔断器受一次大短路电流冲击，特性变化非常大，无法检验。 （4）与基座的安装接触力的变化，接触表面氧化，使接触电阻变化很大。 （5）在使用或安装中，已因外力破坏致部分熔片折断或受伤，内部电阻增大，成为熔断器的薄弱点，熔断器整体性能下降，导致越级动作，导致存在全站直流失压的隐患。,RM10熔断器的熔断情况,使用熔断器应注意的问题,（6）由于熔断器结构原因，出厂无法检测其报警触点能否可靠动作所

9、带来的严重问题。,使用熔断器应注意的问题,（7）由于熔断器结构原因，出厂无法检测其安秒特性曲线是否准确。 （8）熔断器存在“越用越耐用”的问题 熔断器内部除了熔断体外，还有灭弧介质。灭弧介质有多种，如粉末状灭弧介质等。此类灭弧介质由于温度、湿度影响，经过一段时间，有可能会结为块状结构，将使其散热性能大大加强，带来熔断时间变长，造成特性变坏。 （9）熔断器防护等级太低 熔断器防护等级为IP00 GM5FB系列断路器防护等级可达IP30,使用熔断器应注意的问题,小结： 1.综上所述，使用熔断器应制定一整套的完善的管理规范，如何时更换熔断器，熔断器经过一次大短路电流冲击但没有熔断等类似情况的管理。

10、2.应使用符合标准要求的，合格的熔断器。 3.但由于上述两点不容易实现，加之上述熔断器由于本身结构等的弊端，因此国网公司的趋势是用断路器逐步替代熔断器。这从近几年系统内变电站工程，电厂工程中可以看出这一点。,使用熔断器应注意的问题,五、应用举例 某省220kV变电站系统分析及解决方案 （1）系统现状描述 蓄电池容量400Ah 220V 104节，2电2充，有分屏 蓄电池出口电缆：S=50mm2，L=30m 蓄电池出口保护电器：250A 直流屏出口保护电器：至220kV继保室分电屏，100A 直流屏至220kV继保室分电屏电缆：S=25mm2，L=100m； 分电屏出口保护电器：至测控保护屏，C

11、10A； 分电屏至测保屏导线：S=4mm2，L=20m； 测保屏出口保护电器：C6A； 测保屏到负载导线：S=2.5 mm2，L=5m。,应用举例,蓄电池出口保护电器,主馈电屏,220kV继保室 分馈电屏,测控保护屏,应用举例,问题1：电缆压降和断路器级差,问题2：选择性保护问题,问题3：灵敏度问题,蓄电池出口保护电器,主馈电屏,220kV继保室 分馈电屏,测控保护屏,应用举例,主馈电屏 100A,测保屏 6A,蓄电池 出口250A,蓄电池400Ah,分馈电屏 20A,Icc542,落在分馈电屏断路器短路瞬时脱扣器动作上限之外，越级动作概率为100%。,Icc1225,落在主馈电屏断路器短路瞬

12、时脱扣器动作上限之外，越级动作概率为100%。,应用举例,Icc3145,Icc3245,此短路电流下，本级断路器与上级熔断器可实现选择性保护。,3245A 灵敏度校验,300ms,（2）系统建议方案一 蓄电池出口： 将蓄电池出口保护电器更换为GM5FB-800系列全选择性断路器，在大于57In的电流范围内，延时时间为2080ms，快于熔断器，避免蓄电池和线路承受较长时间的短路电流冲击，同时又解决了熔断器离散性差的问题。因此，特别适合用于蓄电池出口作为保护蓄电池之用。此系列断路器具有熔断器特性，特别易于与下级断路器实现选择性保护。 第一支路： 将馈电屏断路器设计为GM5FB-250系列全选择性

13、断路器，同时，将分电屏两段断路器更换为GM5B-32系列三段保护断路器，短延时时间为7ms。 馈电屏全选择性断路器与分电屏三段断路器（7ms延时）可实现选择性保护。 分电屏断路器（7ms延时）可与下级测保屏中任何两段保护断路器自然实现选择性保护。,应用举例,第二支路： 将馈电屏两段断路器更换为GM5B-32系列三段保护断路器，短延时时间为7ms。 馈电屏断路器（7ms延时）可与下级测保屏中两段保护断路器自然实现选择性保护。,应用举例,第1步：判据 验证本级断路器出线端最远处短路电流是否大于本级断路器短路短延时或短路瞬时脱扣器的动作上限： GM5FB系列：Isd=7In GM5B-32系列：Is

14、d=12In GM5-63系列：Ii=15In 第2步：结论 如大于上述脱扣器动作上限，则判断灵敏度合格。,问题2：解决灵敏度问题,应用举例,问题1：解决选择性保护问题,蓄电池出口保护电器,主馈电屏,220kV继保室 分馈电屏,测控保护屏,此短路电流落在测保屏断路器瞬动区，瞬时分断。 分电屏断路器短延时7ms，如果短路电流在7ms之后仍然存在，则分电屏断路器作为后备保护分断。,主馈屏和蓄电池出口断路器满足上下级额定电流大于2.5倍的规则，可实现选择性保护。,应用举例,主馈电屏 100A,测保屏 6A,蓄电池 出口250A,蓄电池400Ah,分馈电屏 20A,Icc531,Icc1170,Icc

15、3118,Icc3230,3230A 灵敏度校验,此短路电流落在分电屏断路器短延时区，延时7ms分断。 主馈屏断路器延时2080ms，如果短路电流仍然存在，则主馈屏断路器作为后备保护分断。,小结： 这种方案可以在不改变现有测控保护屏断路器基础上，仅将上级断路器更换为选择性断路器和三段式断路器，即可实现选择性保护。 根据的判据是： “全选择性”断路器 之间，只要保证上级断路器额定电流是下级断路器的2.5倍或更大，即可靠实现选择性保护。 “全选择性”断路器与GM5B-32系列三段式段保护断路器，满足额定电流为大于3倍，即可实现选择性保护。 三段保护断路器可与两段保护断路器自然实现选择性保护。 （1

16、）下级断路器负载端短路，短路电流小于上级断路器短路瞬时动作值Is1。 （2）判断上下级短延时时间是否符合t1t2。,应用举例,（3）系统建议方案二（限流方案） 蓄电池出口： 将蓄电池出口保护电器更换为GM5FB-800系列全选择性断路器，在大于57In的电流范围内，动作时间快于熔断器，避免蓄电池和线路承受较长时间的短路电流冲击，同时又解决了熔断器离散性差的问题。因此，特别适合用于蓄电池出口作为保护蓄电池之用。此系列断路器具有熔断器特性，特别易于与下级断路器实现选择性保护。 第一支路： 将馈电屏断路器设计为GM5FB-250系列全选择性断路器，分电屏和测保屏中断路器分别更换为GM5-63H延迟动作型微断和GM5-63L快速限流型微断。 馈电屏断路器（短延时时间最小20ms）可与分电屏中的H型两段保护断路器实现选择性保护。 分电屏H型（延迟动作型）与测保屏L型（快速限流型）同时使用，具有级联技术，可以极大的扩大选择性保护范围。本方案经计算得出