变电站直流电源系统级差配合特性分析及建议

1引言

直流电源系统作为变电站的重要辅助系统，其稳定性和可靠性直接影响到变电站的运行状态。因此，对变电站直流电源系统的研究和优化具有重要的现实意义。

本文分析了变电站直流电源系统级差配合特性，探讨了级差配合不当时易导致越级跳闸的问题。通过理论分析计算和实际案例，提出了优化级差配合策略的建议，旨在提高直流电源系统的可靠性和安全性，为变电站的稳定运行提供有力保障。

2变电站直流系统的配置

变电站直流系统，作为电力系统的核心组成部分，承担着为设备提供稳定直流电源的重要任务。以国家电网典型设计的 220kV 变电站为例，直流系统一般配置两组蓄电池和两套充电装置，它们分别接入对应的母线段，确保电源供应的可靠性和冗余性。蓄电池组选用密封阀控式铅酸蓄电池，而充电机则采用高频开关电源，具有高效、稳定的特点，能够满足各种充电需求。站内主控室通常配备 2 面充电屏和 4 面直流馈线屏；就地继保室则配置 2 面 220kV 直流分电屏和 2 面 110kV 直流分电屏，用于对各级设备进行直流供电；低压开关柜采用直流小母线方式。

3直流级差配合计算及特性分析

保护电器级差配合的总体要求在于，当直流系统发生短路故障时，各级保护电器应展现出高度的可靠性、灵敏性、选择性和速动性。为了确保这“四性”要求的满足，通常规定熔断器只能安装在直流断路器的上一级，并且其额定电流应至少为直流断路器额定电流的两倍或以上。同时，各级直流馈线断路器应具备瞬时保护和反时限过流保护的功能。在配合困难的情况下，可以选择使用具备短延时特性的直流断路器。在采用分层辐射供电模式时，馈电屏至分电屏应选用具备短延时特性的直流塑壳断路器，而分电屏馈线支路则宜选用直流微型断路器，以确保整个系统的稳定运行和故障时的有效隔离。

在对直流电源系统空气开关进行级差配合分析前，先要对各出口发生故障时 进行短路电流计算。根据电力行业标准 DL/T5044-2014《电力工程直流电源系统设计技术规程》，其短路电流计算公式为：

实际直流系统保护电器的动作情况是：保护电器的整定值过大容易拒动，过小容易误动，因此，保护元件的额定电流选择应根据实际负荷情况。

以某 220 变电站为例，蓄电池组容量为 800Ah，蓄电池数量 104 只，蓄电池组到直流充电屏的距离 L 为 20 米，S 为 400A，S 为 125A，直流馈电屏到直流分电屏的距离 为 180 米， 为

如果 采用三段式微型断路器， 采用两段式断路器，计算结果显示 与 、 与 之间均不满足级差配合要求。

如果 采用三段式塑壳型断路器，S3 采用两段式断路器，计算结果如图 3-1 直流系统级差配合计算图 1：

此时，S2与 S3之间不满足级差配合要求、S3与 S4之间满足级差配合要求。

如果 S2 采用三段式塑壳型断路器，S3 采用三段式塑壳型断路器，计算结果如图3-2直流系统级差配合计算图2：

此时， 与 、S3 与 之间均满足级差配合要求。

由试验结果可得，第三级直流断路器采用 32A 满足要求；第二级直流断路器采用125A 均可满足要求，其额定电流取决于供给的负荷电流。由于不同方案变电站的负荷电流变化不大，直流分电屏负荷电流一般为6A，可选用与直流馈电屏空开大小相同的断路器，选用125A 直流断路器可以满足要求。

4结论及建议

直流电源系统保护电器的级差配合与短路电流、电缆截面、负荷设备需求等互相制约，其最终的正确性需经过试验进行验证，并应根据工程实际情况选择适宜的方案。

对于 220kV 变电站的直流系统，建议直流馈电屏和直流分电屏均采用三段式断路器，各级断路器额定电流分别采用 400A、125A、32A，并结合软件计算，以确保设备间的兼容性和级差配合的可靠性。

参考文献

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[2] 李超，毛良华.变电站直流系统级差配合分析和验证系统设计.电工技术，2023（16）：127-129

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[4]关守姝.电力直流电源系统空气开关级差配合的研究[D].北京：华北电力大学，2015