1直流系统熔断器、快分开关的配置湖南省电力试验研究院 陈宏近年来，在我省电力系统中直流设备使用快分开关作为保护电器的情况越来越普遍，其使用范围、场合以较快的速度增长但快分开关动作特性怎样，上下级差如何配合，怎样根据直流系统状况选择合理的快分开关等问题，很多方面并不很清楚许多单位凭经验、感觉使用，造成配置方式多种多样或采用熔断器，或采用直流快分开关，或熔断器、直流快分开关都采用，或交直流快分开关都采用如此多的配置方式，给维护、运行人员带来了极大的困惑越级动作的隐患，更让人们防不胜防为了防止直流短路故障引发变电站事故，现就加强直流系统熔断器、快分开关配置要求如下：一、配置要求1.根据《电力工程直流系统设计技术规程》 （DL/T5044-2004，以下简称《设计规程》 ） ，阀控式密封铅酸蓄电池组容量在 200AH 以上时应设置专用的蓄电池室200AH 及以下的蓄电池组在控制室组屏安装时应与控制保护屏柜保持一定距离2. 根据《设计规程》 ，如采用专用的蓄电池室，蓄电池室尽量布置在 0 米层，顶部不得穿越电缆，并尽量与控制保护室、电缆夹层保持一定距离3.整个直流系统全部配置隔离开关和熔断器，其中隔离开关为隔离操作电器，熔断器为保护电器。
这种配置有个最大的优势就是级差配合理想，其次是造价较低但随着变电所的增加，熔断器不2便操作、不利维护的缺点变成了急需解决的问题从模拟试验的情况来看，额定电流较小的熔断器经受冲击电流后，改变了动作特性，外观却没有任何痕迹，也是个不容忽视的问题所以衡量利弊，现在的设计没必要再沿袭全熔断器的配置值得保留的是蓄电池出口处熔断器，因其额定电流较大，动作特性不易改变，受电后甚少操作，多年来运行情况不错4.整个直流系统全部配置直流快分开关直流快分开关集操作与保护功能为一体，安装方便，操作灵活，稳定性高，保护功能完善相比熔断器而言，更适合于操作较多的末级，例如各保护屏、控制屏及其它装置等一般两段式保护的直流快分开关，具有过载长延时的热脱扣功能，又有短路瞬时电磁脱扣功能，应该是理想的选择但是直流快分开关的额定电流选择是根据所供电的负荷电流计算确定选择大了，由于负荷电流小，在过载时（I 2t）热脱扣延长了时间选择小了，由于负荷电流大，长时间运行加上环境温度高，热脱扣可能误动当快分开关的额定电流已经确定后，除了过载长延时热脱扣的保护特性已经形成，同时短路瞬时电磁脱扣特性也已形成，一般是 10In 动作，可是快分开关安装处的短路电流决定短路瞬时脱扣的灵敏度，必需计算验证。
直流快分开关安装处的短路电流及灵敏度计算公式如下： %10)(kjlbodk rrnUIDzlIK式中：3—快分开关安装处短路电流（A） ；dkI—蓄电池开路电压（V） ；oU—蓄电池内阻（Ω） ；br—电池间连接条或导体电阻（Ω） ；l—蓄电池组至快分开关安装处连接电缆或导体电阻之和jr（Ω） ；—相关快分开关触头电阻之和（Ω） ；kr—灵敏系数，应不低于 1.25；lK—快分开关瞬时保护（脱扣器）动作电流（A） DzI由于参数复杂，各设计院、成套厂或运行单位均不可能精确计算短路电流，因此灵敏度也无法校验由于短路电流的不确定性，本来按照负荷电流选择额定电流并考虑了上下级的级差配合，但是短路瞬动保护不能保证其级差配合，当上、下级快分开关安装处较近，短路电流相差不大，并达到选择性极限电流时，肯定会出现越级而扩大事故范围试验证明，全快分开关（过载长延时+短路瞬时）配置的直流系统在直流屏就近短路，极易造成蓄电池出口越级熔断器反时限特性明显，当上、下级快分开关安装处较近，短路电流相差不大，靠动作时间差“解决”越级的问题，理论上的配合关系是级差 1.6 倍额定电流之差即可快分开关采用过载长延时和短路瞬时，同壳体、不同壳体之间短路瞬时差异很小，即使级差选择 4 倍及以上也难免越级。
取消越级快分开关的瞬动脱扣器，自是能解决这一问题，但是操作性不强况且短路情况下延时越长，4对蓄电池系统的损害越大北京人民电器厂将交流系统三段式电流保护的概念应用于直流系统，形成了三段式直流短路保护（过载长延时+短路瞬时+短路短延时） GMB 系列快分开关从负荷侧向电源侧逐级加大时限的方法，不必精确计算短路电流，可以达到尽快的切除故障，又实现级差配合的要求，为直流系统全快分开关提供了新的选择5.推荐采用熔断器+快分开关配置，但须遵循第一级（蓄电池出口处）采用熔断器（注：应带有熔断告警接点） ，末级（各保护屏、控制屏及其它装置）采用快分开关的原则以 220V 直流系统四级（三级）配置为例，可参照如下方案 （见表 1、2）表 1蓄电池 300Ah 及以下第一级（蓄电池出口） 铅酸蓄电池可取 5.5I10，300Ah 选用 200A熔断器（带有熔断告警接点） 第二级（直流屏） 优先选用各个厂家最大额定电流的小型快分开关例如北京人民电器厂的 GM32-40A，西门子公司的 5SX52-50A 等其次选用刀熔开关（40A 及以上） 第三级（直流分屏） 选用各个厂家较大额定电流的小型快分开关，例如北京人民电器厂的 GM32-25A，西门子公司的 5SX52-32A 等。
末级 按负荷电流选用不同额定电流的小型快分5开关，例如保护屏配置 GM32-6A、1A 等表 2蓄电池 500Ah 及以上第一级（蓄电池出口） 铅酸蓄电池可取 5.5I10，500Ah 选用 300A熔断器（带有熔断告警接点） 第二级（直流屏） 一部分选用刀熔开关，例如常州科海的KSF2-63/63A 等；一部分选用各个厂家最大额定电流的小型快分开关，例如北京人民电器厂的 GM32-40A，西门子公司的5SX52-50A 等第三级（直流分屏） 选用各个厂家较大额定电流的小型快分开关，例如北京人民电器厂的 GM32-25A，西门子公司的 5SX52-32A 等末级 按负荷选用不同额定电流的小型快分开关，如保护屏配置 GM32-6A、1A 等说明：如果第二级负荷电流超过了小型快分开关的最大额定电流，应改用塑壳快分开关或熔断器6.在直流系统中应选用直流快分开关，不能用交流快分开关代替直流快分开关(除厂家明确可交直流两用的以外) 交流快分开关与直流快分开关的灭弧机理不同交流灭弧是利用交流电的周期性变化，电弧有自然过零点，经自然过零点后，弧隙电压由零逐渐上升，此时快分开关绝缘介质恢复绝对误差速度快6于弧隙电压上升速度，就可保证电弧不重燃。
而直流电弧因没有自然过零点，直流电弧产生后，在一定的维持电压下电弧可以持续燃烧，故灭弧要困难得多例如 GM 型直流快分开关采用了 VJC 绝缘四重加速窄缝分断技术限制电弧的扩散，提高了限流作用因而，直流快分开关熄灭直流电弧的性能要比交流快分开关优良得多交流快分开关不能有效、可靠地熄灭直流电弧，试验中多次出现快分开关持续燃弧现象解体这些快分开关发现其触头及灭弧室烧伤较严重，这种快分开关长期使用极易造成触头熔焊可见交流快分开关用于直流场合是不安全的因此，在直流系统中应选用直流快分开关，不能用交流快分开关代替直流快分开关二、整改要求1.现有的直流系统配置遵循新的设计方案整改，末级配置的熔断器全部更换成小型快分开关，直流屏较小额定电流的小型快分开关（25A 及以下）一律更换成最大额定电流的小型快分开关或较大的刀熔开关(至少 40A)，蓄电池出口处大型快分开关应更换成熔断器，且带有熔断告警接点2.如果因为直流馈出屏总快分开关很难更换成熔断器而采用全快分开关的配置，也必须采用带延时的快分开关3.现行配置的交流快分开关(除厂家明确可交直流两用的以外)应更换成直流快分开关4.极性接反的直流快分开关一定要改正过来。
三、验收要求71.按照省公司《关于加强变电站蓄电池设计、订货、安装及运行维护要求的通知》 （湘电公司生[2004]1067） ，各生产单位必须设置直流系统管理专责人2.不管是新工程还是改造工程，对变电所直流系统的配置要认真核对厂家、型号、规格等3.对末级短路是否存在越级，推荐下面介绍的试验方法，用于现场新变电所验收 （注：图中交流断路器的合、分由简易操作箱控制，亦可采用 300A 交流断路器，只需将其接点并联。