北京人民电器厂有限公司直流断路器技术交流(王文进2014.3.3)

北京人民电器厂有限公司北京人民电器厂有限公司——直流断路器选择性保护研讨会各位领导和专家：大家好！我是北京人民电器厂有限公司的王文进。目前负责我公司直流市场和技术支持工作。今天非常荣幸能有机会在此跟各位汇报北京人民电器厂有限公司近年来在直流断路器选择性保护领域所作的研究以及取得的一些主要成果。同时，也非常感谢在座的领导，以及各位专家对我们的大力支持。前言提纲312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4使用熔断器应注意的问题提纲56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7直流产品可靠性保证手段一、直流断路器的分类1.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。2.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）。3.以接线方式分：板前接线、板后接线、插入式接线、抽出式接线。4.以外部附件分：手操机构、电操机构。5.以内部附件分：辅助触头、报警触头、分励脱扣器、欠压脱扣器。6.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1.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。2.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。3.热磁式选择性保护直流断路器的保护机理热过载保护机理：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Icc蓄电池出口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）高安全性和可靠性：不拒动，不误动，结构可靠；2）选择性要求最高：禁止出现越级跳闸3）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，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★蓄电池出口，我们推荐什么样的产品？蓄电池容量断路器型号最大壳架等级电流分断能力（Icu）短延时时间1500Ah以下GM5FB800AH型：15KA；R型：65KA20-80ms反时限延时1500Ah及以上GW3B3200A65KA100ms定时限（可根据客户需求出厂前整定）★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InIsd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系列分电屏断路器保护屏断路器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系列断路器参数表型号额定电流额定电压宽度分断能力GM5B-3216~32ADC110V/220V45mm4.5kAGM5B-32H16~32A10kAGM5B-4016~40A15kAGM5B-40H16~40A20kA1）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型分电屏断路器保护屏断路器1）灵敏性的保证——低脱扣倍数2）可靠性要求——不拒动，容性负载（储能电容）3）动态选择性分析取代静态选择性分析4）事故照明回路特殊要求：国标GB10963.2规定：同时符合用于交流回路中，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系列断路器参数表型号额定电流额定电压脱扣倍数分断能力GM5-63B型6~63ADC220V/440V4-7InDC220V：20kAGM5-63C型1~63A7-15InGM5-63CH型10~63A7-10InGM5-63CL型1~6A12-15In1）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型号额定电流额定电压短路保护分断能力GMT32型0.5-10AAC230VAC400V短路瞬动2.8-3.5In6KAGMT32B型3-10A带有短路短延时保护4.5KA1）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2.8—3.5In；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：①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。②有冶金效应的熔体老化现象：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。a）RM10熔断器的熔断情况b）熔片熔断部位图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IP00GM5FB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。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400Ah220V104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，C10A；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=2.5mm2，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此处空开选择额定电流为10A，与下级6A断路器仅相差一个级差，很难实现选择性，建议至少选择20A。根据Scac计算公式得出，截面积应选择110mm2。根据I1h选择截面积应为95mm2二者取大者，应选择110mm2。问题1：电缆压降和断路器级差由于电缆长度为100m，此处电缆压降不合格的概率较大，建议至少选择35mm2。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。所选NH1-250A熔断器，用于本系统，其负载端短路电流为3245A，查曲线得其熔断时间在300ms左右，灵敏度存在问题。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短路电流已大于上级断路器短路瞬时脱扣器动作上限1200A，将发生越级跳闸，越级概率100%。短路电流已大于上级断路器短路瞬时脱扣器动作上限300A，将发生越级跳闸，越级概率100%。主馈电屏100A测保屏6A蓄电池出口250A蓄电池400Ah分馈电屏20AIcc＝542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%。Icc＝1225落在主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%。应用举例Icc＝3145Icc＝3245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5~7In的电流范围内，延时时间为20~80ms，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，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。应用举例三段断路器与两段断路器可自然实现选择性保护。判定依据：1.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t1＞t2。GM5FB与GM5B-32系列断路器之间实现选择性保护（级差配合）：判定依据：上级断路器额定电流是下级断路器的3倍或更大，即可靠实现选择性保护。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=7InGM5B-32系列：Isd=12InGM5-63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。1.此短路电流，已达到本级断路器短延时脱扣器动作上限（700A），动作时间介于20ms