薛长忠
山东博冉企业管理咨询有限公司 山东 济南 250101
摘要：随着我国电力技术的发展，低压直流配电系统的应用更加广泛，能够减少电能损失，提高能源利用效率，符合我国节能减排和绿色发展方向。电力企业要加强低压直流配电系统的技术优化和维护管理，本文主要对断路器保护问题进行分析，以供参考。
关键词：低压直流；配电系统；断路器保护
引言
目前电力输配广泛应用交流输配电系统,但在超长远距离和超大容量的电能输送中,直流输送更具有优越性,可为用户的设备直接提供电源，电网与发电系统连接无需通过换流器，从而使换流次数减少，降低线损率。同时低压直流配电技术可防止电压出现闪变，利用储能与分布式技术使电能质量大大提升。
1低压直流配电系统
1.1可以获得更高的电能传输效率
直流配电导体的无功损耗与集肤效应很低，线路损耗程度低，可以充分利用导线的载流能力。低压直流配电系统虽然具有上述明显优点，但还存在系统难以控制、电力电子设备寿命短、负载电压等级不统一等问题，低压直流配电技术作为电气领域中一个全新的研究方向，需要进一步研究有关的规范标准、系统设计、安全防护、设备选型等问题。
1.2提高供电连续性和可靠性
不同的直流电源之间转换时不需要相位检测、同步等环节，可以实现直流电源的快速切换。直流电网分布式蓄电在市电交流电源停电情况下可以保障一定时间内的紧急用电，提高了供电可靠性。
1.3有利于分布式电源接入和有效利用
各种光伏电池、燃料电池等分布式电源接入直流配电系统，使电能得到更好的利用。接入直流配电系统的分布式直流电源只需要DC/DC变换器，与传统的交流配电网相比，省去了滤波器以及DC/AC变流器，提高了电能使用效率，也降低了设备成本。
2低压直流配电技术
2.1运行方式
低压直流配电系统的运行方式受交流侧接线方式和直流侧接线方式有关，接线方式的选择应视系统及其负荷而定。交流滤波器接线、相电抗器联接、变压器联接等都属于交流侧接线。相电抗器与变压器的联接可提供等效电抗，为直流与交流系统之间传输功率的搭建桥梁。同时还可对电流和电压（有换流站输出）的谐波分量起到抑制作用，从而实现对短路电流上升速度的控制。直流侧线接线主要有双极接线和单极接线两种方式。双极接线通过接地系统，可确保每一换流站直流侧中点接地的可靠性，在系统正常运行状态下，两级电流一致，方向相反，谐波电流仅少量出现在对地回路中，
2.2调节方式
换流器输出电压与交流母线之间的夹角决定了低压直流配电系统有功功率传输大小。换流器输电电压则决定了系统无功功率传输的大小。低压直流配电系统中的换流器可视作一个发电机（无转动惯量），并具备瞬时实现且独立调节有功与无功功率的效果。交流系统的电压相位及其电流的幅值，可通过对相位角和电压UC幅值的控制，进行调节。进而控制无功功率和有功功率在交流系统与换流站之间交换的方向与大小。
3低压直流配电系统常见故障
3.1交流电源侧故障
低压直流配电系统利用换流器把交流电变成直流电进行系统供应，为了保证电压、功率控制性能，换流器会设计内环电流与外环功率结合的双闭环控制方式，外环控制器以直流电压控制、定交流电压控制为主。控制系统利用调节换流器输出基波电压，通过基波电压相位与幅值进行有功功率、无功功率的控制与调节。
交流系统发生单相短路故障或两相短路故障，或者交流系统出现异常运行，会造成交流系统输出电流不对称，换流器交流侧电压和电流会出现负序分量，这种交流电压负序分量可能改变交流侧电压幅值，交流电流负序分量会在交流侧、直流侧引发奇次非特征谐波、偶次非特征谐波。另外，交流系统不平衡分量直接影响换流器的运行，交流侧母线会出现有功功率或无功功率的二倍频波动。
3.2直流系统运行故障
配电系统运转期间通常直流系统处于绝缘状态，发生接地故障时，若只有一个点接地，会造成正负极接的电压出现变化，进而降低把控回路以及供电安全可靠性。如果发生两点或多点接地期间就会致使逻辑控制回路发生误操作，直流的保险会出现熔断现象，甚至严重的会导致继电器短路等
3.3直流母线过电压的问题
直流母线的负载回路中,个别变频器驱动负荷因起动/停止造成的再生电压,可能会造成直流母线过电压。但这些电能有的会被其他的直流负荷吸收掉,在这种情况下,可以不考虑直流母线过电压的能量吸收问题。对于有较大运动惯性的设备在停止时的制动能量的吸收,则需要特殊考虑。造成过电压的原因主要有两种:电源过电压和再生过电压。电源过电压是指因电源电压过高而使直流母线电压超过额定值。现在大部分变频器的输入电压最高可达560V,因此,电源引起的过电压极为少见
4低压直流配电系统的断路器保护
4.1故障隔离装置
（1）直流断路器直流断路器包括全固体断路器、带机械隔离开关式混合固态断路器、混合式断路器、机械式有源或无源共振断路器。根据低压直流配电系统保护设计要求，可选择机械式有源或无源共振断路器。在实际运行中，这种类型的直流断路器可以使得直流系统电感储存能力全部耗尽，并抑制电路突然切断造成的过电压，在断路器开断过程中实现介质恢复，保护设备运行。(2)保险丝。保险丝基于热融化的原理，且电压、电流的额定值是以有效值的形式给出，在直流系统中使用保险丝时，需要考虑系统时间常数，适用于需要快速保护响应且不需要自动重新供电的装置的保护，主要应用在辅助低压电力供应系统等场合及直流配电系统负荷侧保护。(3)快速隔离开关。快速隔离开关本质上为纯机械式开关，没有任何的带电通断能力。在应用设计中，快速隔离开关设置在线路两端，一旦出现故障，立即关闭隔离开关，而线路故障排除后自动打开隔离开关，构成物理隔离。
4.2断路器选型原则
低压直流配电系统中断路器选型必须考虑以下因素：负载电流，根据负载电流确定断路器规格和热磁过电流脱扣器的设定；系统额定电压，根据系统额定电压确定断路器串接的极数，以增加断路器分断能力；断路器安装处的预期短路电流，根据该电流确定断路器的分断能力；电网接地类型，根据电网接地类型决定断路器接线方式。
4.3断路器的运行维护
断路器是确保电网安全稳定的重要元件，并且该设备的运转和维修养护也非常重要，将经常见到的真空断路器作为例子进行介绍，需要严格根据相关的技术标准进行工频耐压测试，同时还要把握好测试的周期，需要满足断路器自身的试验标准，对该设备开展巡逻检验期间，需确保固定的巡逻检验时间，同时还要重点查看真空灭弧室的情况，如果发生内部颜色出现异样情况，为确保其灭弧效果，需要立刻向上级检修单位立刻进行检验和维修养护。
结语
我国的低压直流配电技术及其应用还需要与时俱进，根据社会经济与科学技术的发展趋势，不断创新技术，探索更多的应用可能。这样才能够真正使低压直流配电技术得到推广和普及，本文通过对低压直流配电系统中断路器的选型与应用进行分析，以期抛砖引玉，共同推进低压直流配电技术的完善和发展。
参考文献
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