一种用于电力工程直流系统的直流保护电器的选择方法

摘要

本发明涉及电力工程直流系统，尤其是直流保护电器选择性配合的方法：1.直流系统网络供电方式：直流系统采用辐射形供电方式；2.直流系统短路电流计算：短路电流计算电压取额定电压和短路计算中不计及充电装置助增电流及直流电动机反馈电流；3.提高蓄电池组出口终止电压：为满足保护电器选择性配合需要，将控制专用蓄电池组出口的事故放电末期的终止电压从原来的85%Un提高到87.5%Un；4.确定各级保护电器选择要求：蓄电池组出口保护电器宜采用熔断器、直流系统各级馈线断路器首先选用二段式断路器、当二段式断路器无法满足选择性配合要求时，采用三段式断路器。

说明书

技术领域

本发明涉及电力工程直流系统，尤其是直流保护电器选择性配合的方法。 

背景技术

在发电厂和变电站的直流系统中，直流系统保护电器选择性配合状况不能令人满意，虽然各发电公司和电网公司对直流系统的运行安全非常重视，颁布了各自的直流系统反措或管理规定，但直流系统发生直流开关越级跳闸的事故仍时有发生，成为困扰电力系统设备正常运行的因素之一。 

目前造成无选择性配合的主要原因，可归纳成下列几点： 

1.测控回路网络设计、短路电流计算需进一步规范；

2.二段式直流微型断路器C型脱扣器瞬时动作范围宽、分散性大；

3.直流系统中各段电缆允许的电压降分配和电缆截面选择不仅合理需要调整；

4.直流柜至分电柜和分电柜至终端回路的负荷电流确定随意性大；

5.规定直流断路器上下级选择性配合取4级依据不够充分；

6.测控回路馈线和终端断路器选用缺乏规范化，选用过大。 

关于直流系统保护电器选择性配合原则，由于直流断路器选择性配合计算十分复杂，与蓄电池容量和内阻、电缆截面和压降、保护电器的型式以及直流网络的设计均关系密切，任何参数和直流网络型式的变化都会影响直流系统上下级保护电器的选择性配合，因此需整合蓄电池组短路电流计算方法及计算参数、适度提高控制专用蓄电池组出口放电终止电压、明确辐射形供电层级分类、设定各供电回路的负荷电流、调整各层级电缆允许电压降分配等方法，通过软件计算和实际产品试验相互验证以确定直流保护电器上下级保护电器配合系数（以额定电流比来表述）。 

关于电压降控制法的选择性配合计算，由于影响保护电器的选择性配合因素繁杂、可变参数很多，在诸多可变参数中，若确定各段电缆允许电压降，则相应电缆截面、回路电阻、短路电流、上下级断路器电流比等可一一求解。 

发明内容

本发明所要解决的主要解决技术问题是：消除直流保护电器选择性配合存在隐患、提高电力系统设备正常运行率。 

本发明提出一种用于电力工程直流系统的直流保护电器的选择方法。 

本发明的具体技术方案是：一种用于电力工程直流系统的直流保护电器的选择方法，其特点是： 

1.直流系统网络供电方式：

  直流系统推荐采用辐射形供电方式；

2.直流系统短路电流计算：

短路电流计算电压取额定电压和短路计算中不计及充电装置助增电流及直流电动机反馈电流；

3.提高蓄电池组出口终止电压：

     为满足保护电器选择性配合需要，将控制专用蓄电池组出口的事故放电末期的终止电压从原来的85%Un 提高到87.5%Un；

4.确定各级保护电器选择要求：

蓄电池组出口保护电器宜采用熔断器、直流系统各级馈线断路器首先选用二段式断路器、当二段式断路器无法满足选择性配合要求时，可采用三段式断路器。

进一步的，所述辐射形供电方式是采用集中辐射形供电或分层辐射形供电。 

进一步的，电压降控制法的选择性配合计算，将十分复杂的断路器选择性配合计算、多变各种参数，按照本发明的方法建立数据库、通过计算和实际产品试验相互验证，计算范围涵盖了二十一万组以上排列组合的工况，可确定直流保护电器上下级保护电器配合系数表。 

上述直流系统短路电流计算中直流系统短路电流计算电压取系统额定电压。 

提高蓄电池组出口终止电压

为满足保护电器选择性配合需要，适度提高蓄电池组出口的事故放电末期的终止电压是有益的。将控制专用蓄电池组出口的事故放电末期的终止电压从原来的85%Un提高到87.5%Un，从而使相应电缆电阻提高了30%左右，使有关的短路电流值也下降接近30%，缩小上下级断路器电流比，减小了电缆截面，有利于保护电器选择性配合。

调整各段电缆允许电压降

 在调整各段电缆允许电压降同时，还提出了各段电缆“最低电压降要求”：

1 蓄电池组到直流柜的电缆压降按△Up=0.5%Un～1%Un，电缆计算电流按蓄电池1小时放电率电流的1.05倍计算，取5.5I10。

2采用集中辐射形供电方式时，直流柜到终端负荷电缆允许压降包括：直流柜到测控保护柜，再从测控保护柜操作箱至高压断路器端子箱的全部电缆。二段电缆之间允许压降在总压降不大于6.5%Un要求的前提下，可根据工程情况进行调整和分配。 

1） 110V系统 △Up =3%Un～6.5%Un，计算电流取10A。 

2） 220V系统考虑到部分直流柜离直流终端回路较近，而选择的电缆截面一般不小于4mm2，在计算电流10A条件下，有时电缆实际电压降小于3%Un，因此对220V系统电缆压降按△Up=2%Un～4%Un计算。 

3 采用分层辐射形供电方式时，直流柜到终端负荷电缆允许压降 

1） 由于发电厂直流分电柜一般布置在负荷中心，离直流终端负荷较近，负荷电流也比较小，而电缆截面一般选用不小于4mm2，因此，直流分电柜与终端负荷之间允许电压降按△Up= 1%Un～1.5% Un计算。对变电站来说，当部分直流分电柜离直流终端负荷较远时，电缆允许电压降可作适当调整。

2） 将直流柜与直流分电柜间之间允许的电压降从原来规定为△Up=0.5%Un～1% Un，修改为△Up=3%Un～5% Un是非常重要且是必要的。因为按原规定，该电缆允许电压降过小，而计算电流又较大，使电缆截面选用很大，上下级断路器出口短路电流相差不多、很难实现选择性配合。 

3）对分电柜电缆负荷计算电流也作了规定，220V系统取64A(80A×0.8)、110V系统取80A(100A×0.8)计算。在实际工程中允许根据设备布置的具体情况作适当的调整，但满足从直流柜到设备终端的总压降不大于6.5%的要求。 

保护电器选择性配合实用性要求

编制保护电器选择性配合表

 规程附录中的选择性配合表、涵盖了直流系统中大量排列组合工况，可供工程设计中微型断路器之间选择性配合、微型与塑壳断路器之间选择性配合、塑壳断路器之间选择性配合使用。

规范各级保护电器选择性配合要求 

1 明确直流系统各级保护电器上下级之间应均满足选择性配合要求。

2 蓄电池组出口保护电器宜采用熔断器，当蓄电池容量小于1000Ah时，可以考虑选用与下级断路器之间具有选择性的配合的直流塑壳断路器。 

3 确认直流系统各级馈线断路器推荐优先选用二段式（瞬时保护+反时限过负荷保护）断路器（包含二段式高精度及其它类型二段式断路器），当二段式断路器无法满足选择性配合要求时，可以考虑采用三段式（瞬时保护+短延时保护+反时限过负荷保护）断路器。 

4 明确规定直流系统上、下级断路器配合采用“电流比”来表述。 

直流网络宜采用辐射形供电方式：

集中辐射形供电方式，如图1所示：

1） 直流终端断路器宜选用标准型二段式B型脱扣器微型断路器,断路器额定电流不大于6A。

 2） 蓄电池容量800Ah及以下的直流柜馈线断路器选用标准型二段式C型脱扣器微型断路器，微型断路器额定电流不宜大于63A。 

3）  800Ah以上容量蓄电池组，当断路器安装处的短路电流大于目前微型断路器额定短路分断能力10kA时，可采用额定短路分断能力更高的微型断路器或塑壳断路器。 

分层辐射形供电方式，如图2所示： 

1)  直流分电柜馈线断路器宜选用二段式断路器。当标准型二段式微型断路器不满足选择性配合要求时，可采用二段式高精度等断路器，此时也可采用三段式断路器。

2)  考虑到直流馈线电缆末端故障时耐热要求和上级保护电器配合，直流分电柜馈线断路器额定电流不宜超过40A。 

3) 考虑到直流分电柜电缆馈线末端或分电柜母线故障时, 瞬时速断保护可能不动作，而过负荷长延时电流保护动作时间校长，对直流母线电压影响比较大。所以，直流柜母线至直流分电柜馈线断路器推荐选用三段式断路器，力求利用其短延时速断保护，尽可能快速切除故障点，提高直流系统可靠性。 

直流断路器短路脱扣范围值或脱扣整定值

标准型二段式直流断路器：

1 标准型二段式微型断路器：B型脱扣器瞬时脱扣范围为4In～7In；Ｃ型脱扣器瞬时脱扣范围为7In～15In；

2 二段式塑壳断路器: 瞬时脱扣整定值10In±20%；

三段式直流断路器：

1 三段式微型断路器: 短延时脱扣整定值10In～1200A、瞬时脱扣动作值1200A～1680A；

2 三段式塑壳断路器：短延时脱扣整定值10In±20%、10ms瞬时脱扣整定值18In±20%；

采用三段式断路器时要注意：当仅选用带短路短延时保护或瞬时脱扣没有灵敏系数时断路器的短时耐受电流问题。

高倍率二段式微型直流断路器： 

高倍率二段式微型断路器瞬时脱扣整定值13In±10%或瞬时脱扣范围12In～15In。

本发明方法对于保护电器选择性配合达到涵盖面广（根据统计数据，涵盖可变换排列组合工况约20万组）、正确率高（预计约可达80%及以上），提高了电力系统直流设备正常运行的可靠性。本发明优化电力工程直流系统设计、提高了设计效率。 

附图说明

图1，是实施例1直流系统网络供电方式的集中辐射形供电方式。 

图2，是实施例2直流系统网络供电方式的分层辐射形供电方式。 

图3，实施例4的计算网络图。 

图4，实施例4的计算电阻图。 

图5，实施例5的计算网络图。 

图6，实施例6的计算网络图。 

具体实施方式

实施例1：如图1所示，集中辐射形系统保护电器选择性配合选型参考表,见下表：

 说明: 1.蓄电池组出口电缆L1压降按△Up1=0.5%Un，计算电流为1.05倍蓄电池1小时放电电流（取5.5I10）； 

 2.电缆L2计算电流为10A；

3.断路器S2采用标准型C型直流断路器，瞬时脱扣范围为7In～15In；

4.断路器S3采用标准型B型直流断路器，瞬时脱扣范围为4In～7In；

5.断路器S₂应根据蓄电池组容量选择微型断路器或塑壳断路器，直流断路器分断能力应大于蓄电池组的出口短路电流。

实施例2：如图2所示，分层辐射形系统保护电器选择性配合选型参考表,见下表：

说明: 1.蓄电池组出口电缆L1压降按△Up1=0.5%Un，计算电流为1.05倍蓄电池1小时放电电流（取5.5I10）；

2.电缆L2计算电流：110V系统为80A、220V系统为64A，电缆L3计算电流为10A；

3.断路器S3高精度型断路器的瞬时脱扣值为13In±10%、断路器S4的瞬时脱扣范围为4In～7In；

4.断路器S2为具有短路短延时保护的断路器，短延时脱扣值为10In±20%；瞬时脱扣值为15In~19In。

实施例3，直流系统蓄电池出口保护电器选择性配合表，见下表：

说明：1.保护电器的额定电流按≥5.5I10，或按直流柜母线最大一台馈线断路器额定电流的2倍值选择，两者取大者。

2.当保护电器选用断路器时，应选择仅有过载保护和短延时保护脱扣器的断路器，其短时耐受电流应不小于表中相应数值，短时耐受电流的时间应大于断路器短延时保护时间加断路器全分闸时间。 

电压降法选择性配合实施例：

实施例4：300MW机组分层辐射形系统。

计算参数

设分层辐射形110V直流系统：阀控密封蓄电池组选择容量为600Ah、蓄电池组至直流屏距离按20m计算、直流屏至分配电屏距离按50m计算、分配电屏至终端负荷设备平均距离按20m计算。

电缆截面选择及电缆电阻计算

对有选择性配合要求回路的电缆，电缆截面选择既要满足载流量要求，同时电缆的电压降不大于规定值。一般按电压降要求选择的电缆截面比按载流量要求选择的截面积要大。

1） L1电缆选择                                                     

L1电缆计算电流应大于蓄电池组1小时放电率电流，即Ica1≥5.5I10=330A，电缆允许电压降0.5%Un≤△Up1≤1%Un。按5.5I10电流选择电缆截面积185mm²；按电压降计算：S=ρ×2L1×I ca1/△Up1=0.0184×2×20×330/1.1=220.8mm²，选240mm²电缆。△Up1=0.0184×2×20×330/240=1.01V  1.01/110=0.92%Un，符合规程要求。

2）L2电缆选择： 

根据规程L2计算电流为80A，按载流量选择电缆截面积25mm²、按压降计算：

△Up2=3%Un～5%Un，取5%Un =5.5V，S =0.0184×2×50×80/5.5=26.8 mm²，选35 mm²电缆。其压降为:△Up2=0.0184×2×50×80/35=4.21V，4.21/110=3.82%Un，符合规程要求。

3）L3电缆选择： 

L3电缆截面积计算电流为10A，一般选用4mm²。其压降为：△Up3=0.0184×2×20×10/4=1.84V  1.84/110=1.67%Un，大于规程要求△Up3=1%～1.5%Un。此时，电缆截面积也可选用6mm²，其压降为：△Up3=1.23/110=1.12%Un，符合规程要求。但是，规程还规定，L2 和L3电缆之间电压降可适当调整，使二根电缆压降之和不超过6.5%Un。现若L3电缆选用4mm² ，则L2+L3二根电缆压降之和=3.82%Un+1.67%Un=5.49%Un，不超过6.5%Un要求，所以L3电缆仍可选用4mm²电缆。

保护电器初选

1） 蓄电池组出口熔断器F1按5.5I10=330A选择,选用NT2-355A;

2） 直流屏至分配电屏电源断路器S2按≥1.20In, 暂选用125A塑壳断路器（根据选择性配合计算后确定）;

3） 分配电屏分配电屏隔离开关G1按=1.20In, 选用125A隔离开关;

4） 分配电屏至终端回路电源断路器S3按≥1.20In，根据经验暂选用32A微型断路器（根据选择性配合计算后确定）;

5） 测控柜（或开关柜）内终端断路器S4按≤6A，选用2A～6A B型脱扣器微型断路器。

选择性配合计算网络及电阻图

1）如图3所示，计算网络图。

2）如图4所示，计算电阻图。 

短路电流计算

1） 根据计算网络及电阻图, 其中:

r 为110V 600Ah 52只蓄电池组内阻，r=11.83mΩ；

RL1 为电缆L1的电阻，RL1=0.0184×2×20/240=3.1 mΩ;

F1或S1内阻忽略不计；

RS2为S2断路器内阻，RS2=0.4×2=0.8 mΩ；

RL2为电缆L2的电阻，RL2=0.0184×2×50/35=52.5 mΩ；

Rg1为G1隔离开关内阻，Rg1=0.5×2=1.0 mΩ;

RS3为S3断路器内阻，RS3=2.1×2=4.2 mΩ;

RL3为电缆L3的电阻，RL2=0.0184×2×20/4=184 mΩ；

RS4为S4断路器内阻，RS2=45×2=90 mΩ。

2） 各短路点的短路电流计算如下： 

d1点的短路电流为：Id1=110/(r+RL1)=110/11.83+3.1=7.368kA; 

d2点的短路电流为：Id2=110/(r+RL1+RS2)=110/15.73=6.993kA; 

d3点的短路电流为：Id3=110/(r+RL1+RS2+ RL2+ Rg1)=110/69.23=1.589kA;   

d4点的短路电流为：Id4=110/(r+RL1+RS2+ RL2+ Rg1+RS3)=110/73.43=1.498kA; 

d5点的短路电流为：Id5=110/(r+RL1+RS2+ RL2+ Rg1+RS3+RL3)=110/257.43=427A； 

d6点的短路电流为：Id6=110/(r+RL1+RS2+ RL2+ Rg1+RS3+RL3+RS3)=110/347.43=317A。

保护电器选择及选择性配合分析            

1）S4 断路器选择

d6点预期最大短路电流317A。S4  断路器选用标准型二段式6A  B型脱扣器微型直流断路器。断路器脱扣器瞬时脱扣值 7In=7×6=42A。Id6=317A＞42A,S4断路器可靠动作。 

2）S3断路器选择 

a.  S3选用标准型二段式C型脱扣器微型直流断路器

按规程规定分配电屏馈线断路器不宜超过40A,选用40A脱扣器瞬时脱扣值7In=7×40=280A。Id6=317A＞280A,S3断路器可能动作，S3 与S4配合无选择性，S3不能选用标准型二段式40A C型脱扣器微型断路器。 

b.  S3 选用三段式微型直流断路器 

三段式微型断路器脱扣器特性，见下表：

三段式微型断路器短路短延时脱扣值范围宽（10In～1200A）,短路瞬时脱扣值大（1680A）。在本算例中，分配电屏断路器出口d4点短路预期最大短路电流1.498kA，则S3三段式微型断路器的瞬时短路保护没有灵敏系数，只能依靠短路短延时脱扣。当采用短路短延时，直流断路器额定短时耐受电流应大于装设地点最大短路电流，如果制造厂提供的产品短时耐受电流大于安装点预期短路电流，短路短延时时间也满足要求，则可以选用额定电流不大于40A的三段式微型断路器。

c. S3选用高倍率二段式微型直流断路器 

d6点预期最大短路电流317A,该断路器瞬时脱扣值13In±10%（动作范围11.7In～14.3In）。按断路器瞬时脱扣负误差值选用11.7In﹥Id6=317A ，则 In﹥27.1A S3选用高倍率32A断路器可满足选择性配合（表E-3-2规定S3断路器选用40A，是一个适应性较广的选择范围）。现按40A计算：d6点短路S3断路器（11.7×40=468A﹥317A）不动作，d4点短路S3断路器（1498A﹥14.3×40=572A）可靠动作，满足S3 与S4选择性配合和灵敏系数要求。如果，选用瞬时脱扣值为12In～15In二段式微型直流断路器也可满足选择性配合和灵敏系数要求。

3) S2断路器选择                                                                             

a. S2选用二段式塑壳断路器

由于L2馈线末端d3短路点与S3出口d4短路点距离很近，d3点短路电流1.589kA与 d4点短路电流1.498kA相差很小，为了满足S2与S3断路器之间选择性配合，S2若选用二段式断路器要200A。则在d3点短路时S2断路器瞬时短路保护不会动作的（10In±20%），只能用过载长延时来断开d3短路点，长延时时间要超过5s以上。此时，直流母线电压可能下降到80%左右，对直流系统影响较大。

b. S2选用三段式塑壳断路器 

三段式塑壳断路器瞬时脱扣值18In±20%。S2断路器选择按断路器14.4In﹥Id4 =1.498kA， In﹥104.1A 可选用125A断路器（选用140A，是一个适应性较广的选择范围值），S2断路器≥125A满足选择性配合要求。S2断路器瞬时脱扣灵敏系数=2.31﹥1.2。

三段式断路器短路短延时脱扣值10In±20%  10ms，在馈线末端d5点短路Id5=1589A，选用125A断路器，短路短延时10ms脱扣器能可靠动作；选用140A断路器的短路短延时脱扣灵敏系数12×140=1680A, 1589/1400=1.14＜1.2，处于短路短延时10ms脱扣可动不可动区域,不能保证可靠动作，此时若过载长延时脱扣动作时间时约为1s以上。但比选用二段式塑壳断路器要好，为了提高系统安全和可靠性，S2断路器选用三段式塑壳断路器是需要的。 

4) 蓄电池组出口熔断器F1选择 

蓄电池组出口熔断器F1按5.5I10=330A或馈线最大断路器额定电流的二倍（设馈线最大断路器=140A）二者取大者选择,选用NT2-355A。d2点的短路电流6.993kA，熔断器在d2点短路时的弧前面时间约40ms。满足F1 与S2选择性配合要求。

5) 蓄电池组出口断路器S1选择 

S1断路器要选用三段式塑壳断路器。断路器选择条件与熔断器相同,选用350A塑壳断路器。为了满足S1与S2断路器之间选择性配合，S1断路器取消瞬时脱扣部分、用短路短延时脱扣、短延时脱扣值10In±20%，短延时时间≥下级断路器短延时时间+30ms。。灵敏系数：10In×120%=10×350×120%=4.2kA，7.368/4.2kA =1.75﹥1.2。断路器短时耐受电流≥8.5kA.

7. 选择性配合结果

分层辐射形系统 选择性配合结果表，如下表：

说明：ICW--短时耐受电流kA、 ICu—额定短路开断电流(短路分断能力)kA。

实施例5：300MW机组集中辐射形系统

1.系统参数：

蓄电池组：600Ah   110V  52个蓄电池  连接条为硬连接，蓄电池组至直流柜敷设电缆长度20m，直流柜至终端开关柜敷设电缆长度35m。

如图5所示，实施例2的系统网络图。图中：L1为蓄电池组至直流柜电缆、L2为直流柜至终端开关柜电缆。 

电缆及保护电器选择

1）电缆选择：

L1电缆选择：根据规程，L1计算电流按蓄电池组1小时放电电流选择，即5.5I10=330A。

按载流量选择电缆截面积185mm2。按压降计算：△Up1根据规程≤1%Un，取1%Un，即△Up1=1.1V； 

S=ρ×2L1×I /△Up1=0.0184×2×20×330/1.1=220.8 mm2，选240 mm2电缆。

L2电缆选择：根据规程，本例L2电缆截面积选4mm2，计算电流为10A。因此，其压降为： 

△Up2=ρ×2L2×I/S=0.0184×2×35×10/4=3.22V 得出：3.22/110=3%Un。符合规程要求（3%Un~6.5%Un）。

根据上述计算：L1电缆选用NHYJV 2(1×240) mm2 ；L2电缆选用YJV 2×4 mm2。 

2）保护电器选择 

S2断路器选择：选6倍S3断路器的额定电流，即6×6=36A，选40A断路器。

当蓄电池组出口选择用熔断器时，选择355A熔断器。 

当蓄电池组出口选择用断路器时，选择350A仅有过载保护和短路短延时保护的断路器，其短时耐受电流应不小于8.5kA。 

．计算分析

1）短路电流计算：

d1点的短路电流为：Id1=110/(r+RL1)。 

d2点的短路电流为：Id2=110/(r+RL1+RS2) （F1或S1内阻忽略不计）。 

d3点的短路电流为：Id3=110/(r+RL1+RS2+ RL2+ RS3) （F1或S1内阻忽略不计）。 

其中： 

 r为蓄电池组内阻，r=11.83mΩ。

RL1为电缆L1的电阻，RL1=0.0184×2×20/240=3.1 mΩ。 

RS2为S2断路器内阻，RS2=2.1×2=4.2 mΩ。 

RL2为电缆L2的电阻，RL2=0.0184×2×35/4=322 mΩ。 

RS3为S3断路器内阻，RS3=45×2=90 mΩ。 

Id1=110/(r+RL1) =110/(11.83+3.1)=7370A。 

Id2=110/(r+RL1+RS2)=110/(11.83+3.1+4.2)=5750A。 

Id3=110/(r+RL1+RS2+ RL2+ RS3)= 110/(11.83+3.1+4.2+322+90) =255A。  

2） 选择性配合分析：

d3点的短路：

S3断路器最大瞬时短路保护（速断保护）电流7In=7×6=42A。 42A＜Id3=255A  S3断路器动作。S2断路器最小瞬时短路保护（速断保护）电流7In=7×40=280A。280A＞Id3=255A  S2断路器不动作，具有选择性。

d2点的短路： 

S2断路器最大瞬时短路保护（速断保护）电流15In=15×40=600A。600A＜Id2=5750A  S2断路器动作。

当蓄电池组出口选熔断器时： 

F1熔断器动作时间大于S2断路器动作时间，具有选择性。当蓄电池组出口选择断路器时：S1断路器短路短延时（如10ms）保护，在S2断路器动作期间不动作，具有选择性。Id2=5750A＜S1短时耐受电流8500A，满足要求。

d1点的短路： 

当蓄电池组出口选熔断器时：熔断器反时限动作。

当蓄电池组出口选择断路器时：S1断路器最大短路短延时动作电流10In×120%=10×350×120% =4200A。4200A＜Id1=7370A，S1断路器延时动作。Id1=7370A＜S3短时耐受电流8500A，满足要求。 

．选择性配合结果

下表集中辐射形系统选择性配合结果表：

实施例6：300MW机组分层辐射形系统（动控合一）

1.系统参数：

蓄电池组：1500Ah  220V  104个蓄电池  连接条为硬连接,蓄电池柜至直流柜敷设电缆长度20m，直流柜至分电柜敷设电缆长度50m，分电柜至终端开关柜敷设电缆长度30m。

如图6所示，图中： L1为蓄电池组至直流柜电缆；L2为直流柜至直流分电柜电缆；L3为直流分电柜至终端开关柜电缆。 

．电缆及保护电器选择

1）电缆选择：

 L3电缆选择：

根据规程，本例L3电缆截面积为4mm2，计算电流为10A。因此，其压降为：

△Up3=0.0184×2×30×10/4=2.76V，2.76/220=1.25%Un。符合规程要求（1%Un~1.5%Un）。

L2电缆选择： 

根据规程，L2计算电流为64A，按载流量选择电缆截面积16mm2，其压降为：

△Up2=0.0184×2×50×64/16=7.36V  7.36/220=3.35%Un。符合规程要求（3%Un~5%Un）。

L1电缆选择： 

根据规程，L1计算电流按蓄电池组1小时放电电流选择，即5.5I10=825A。按载流量选择电缆截面积500mm2，其压降为：△Up1=0.0184×2×20×825/500=1.21V  1.21/220=0.55%Un。符合规程要求（≤1%Un）。

2）保护电器选择： 

S3断路器选择：

根据表11.2选7倍S4断路器的额定电流。即7×6=42A，选50A断路器，根据本文要求，L3电缆应选用6mm2。

S2断路器选择： 

根据表11.2，选3倍S3断路器的额定电流。即3×42=126A，选125A具有短延时保护的断路器。

F1熔断器选择：根据表11.3，选择1000A熔断器。 

．计算分析

1）短路电流计算：

d1点的短路电流为：Id1=220/(r+RL1) 。 

d2点的短路电流为：Id2=220/(r+RL1+RS2)（F1内阻忽略不计）。 

d3点的短路电流为：Id3=220/(r+RL1+RS2+ RL2+ RS3)（F1内阻忽略不计）。 

d4点的短路电流为：Id4=220/(r+RL1+RS2+ RL2+ RS3+ RL3+ RS4)（F1内阻忽略不计）。 

其中: 

r为蓄电池组内阻，r=9.672mΩ。

RL1为电缆L1的内阻，RL1=0.0184×2×20/500=1.47 mΩ。 

RS2为S2断路器内阻，RS2=0.3×2=0.6 mΩ。 

RL2为电缆L2的内阻，RL2=0.0184×2×50/16=115 mΩ。 

RS3为S3断路器内阻，RS3=1.2×2=2.4 mΩ。 

RL3为电缆L3的内阻，RL3=0.0184×2×30/6=184 mΩ。 

RS4为S4断路器内阻，RS4=45×2=90 mΩ。 

因此 ： 

Id1=220/(r+RL1)=220/(9.672+1.47)=19745A。

Id2=220/(r+RL1+RS2)=220/(9.672+1.47+0.6)=18736A。 

Id3=220/(r+RL1+RS2+RL2+RS3)=220/(9.672+1.47+0.6+115+2.4)=1703A。 

Id4=220/(r+RL1+RS2+RL2+RS3+RL3+RS4)= 546A。 

2）选择性配合分析： 

d4点的短路：

S4断路器最大瞬时短路保护（速断保护）电流为：7In=7×6=42A。42A＜Id4=546A，

S4断路器动作。S3断路器最小瞬时短路保护电流为：13 In×90%=13×50×90%=585A。

585A＞Id4=546A，  S3断路器不动作，具有选择性。 

d3点的短路： 

S3断路器最大瞬时短路保护电流为13In×110%=13×50×110%=715A，715A＜Id3=1703A，  

S3断路器动作。S2断路器最小瞬时短路保护电流为:18In×80%=18×125×80%=1800A。

1800A＞Id3=1703A,S2断路器瞬时短路保护不动作，具有选择性。此时，S2断路器的短时耐受电流应大于Id3=1703A。 

d2点的短路： 

S2断路器最大瞬时短路保护电流为：18 In×120%=18×125×120%=2700A。2700A＜Id2=18736A,S2断路器瞬时短路保护动作。F1熔断器动作时间大于在S2断路器动作时间，具有选择性。

1点的短路：

F1熔断器动作。

选择性结果

如下是分层辐射形系统（动控合一）选择性配合结果表:

5.保护电器与电缆配合

5.1  按GB 16895.5-2000 要求：每个短路保护电器应满足以下两个条件：

1  分断能力不应小于保护安装处的预期短路电流。

2  在回路任一点上由短路引起的所有电流，应在不超过该电流使导体达到允许的极限温度的 时间内分断。 

对于持续时间不超过5s的短路，极限温度时间可近似地用下式计算： 

              式中:  t—持续时间(s)；

k—导体温度系数，铜导体绝缘：PVC≤300mm2取115， XLPE取143；

Id—短路电流(A)；

S—电缆截面(mm2)。

选用电缆允许极限温度时间的校验

1  L1电缆允许极限温度的时间

已知：k—导体温度系数，铜导体绝缘： XLPE取143；

Id1—7.368(kA)；

S—240(mm2)。

直流断路器保护动作切除故障时间：t=tp+tb,其中tp为短延时保护时间，取30ms～60ms、tb为塑壳断路器全分断时间，最大为20～50ms。保护动作切除故障时间：t=tp+tb =110ms。 

             =4.658s  t=2.158s＞0.11s 

240(mm2)电缆允许极限温度的持续时间大于故障切除时间。       

2  L2电缆允许极限温度的时间

已知：k—导体温度系数，铜导体绝缘： XLPE取143；

Id3—1589 (A)；

S—35(mm2)。

直流断路器保护动作切除故障时间：t=tp+tb,其中tp为短延时保护时间，取1s～1.5s、tb为塑壳断路器全分断时间，最大为20～50ms。保护动作切除故障时间：t=tp+tb=1.55s。 

          =3.146s  t=1.77s＞1.55s 

             35(mm2)电缆允许极限温度的持续时间大于故障切除时间。

3  L3电缆允许极限温度的时间 

已知：k—导体温度系数，铜导体绝缘： XLPE取143；

Id5—427 (A)；

S—4(mm2)。

直流断路器保护动作切除故障时间：t=tp+tb,其中tp为短延时保护时间，取1s，tb为微型断路器全分断时间最大约为10ms。保护动作切除故障时间：t=tp+tb=1.01s。 

       =1.34s  t=1.158s＞1.01s 

       4(mm2) 电缆允许极限温度的持续时间大于故障切除时间。

恰当选用电缆截面

1采用分层辐射形供电方式时，将直流分电柜与直流终端断路器之间允许的电压降规定为1%～1.5%，而直流柜与直流分电柜间之间允许的电压降规定为3%～5%。在实际工程中允许根据设备布置的具体情况作适当的调整。按从直流柜到设备终端的总压降不大于6.5%的要求，分别选择相应电缆截面，。

2由于直流电缆截面选择对直流保护电气选择性配合的影响很大，在满足电压降要求的前提下，尽可能选择与计算值接近的标准电缆截面，不要故意放大截面。 

3直流系统中与选择性配合有关的电缆截面基本上是由允许的电压降决定的，远大于需要的载流量，因此在电缆截面选择时不需要再考虑环境因素和敷设系数。