摘要：配电系统涉及到用户的用电安全与企业供电稳定等，加强其过流保护技术研究，对于企业和用户都是极为重要的。基于交流电与直流电本身的差异，直流系统的保护与交流系统的保护要求也不尽相同。随着低压直流配电系统试验性应用的不断扩大，对于直流配电系统保护的研究也不断深入。依据IEC标准体系对直流配电系统的要求，简要分析用户侧低压直流配电系统的过流保护要素。
关键词：低压直流；供电；接地形式；过流保护
引言
目前，在我国的光伏、储能等新能源不断普及推广的条件下，以及变频和电子产品在我们日常生活中的应用占比的不断提高，用户侧低压直流配电系统也开始引起人们的兴趣。由于交流电与直流电本身的差异，直流系统的保护与交流系统的保护要求也不尽相同，将以往交流配电系统的保护经验直接套用到直流配电系统显然欠妥。本文依据IEC60364标准体系对直流配电系统的要求，对用户侧低压直流配电系统的保护要素做一简要分析。
1用户侧低压直流配电系统简述
1.1直流配电网的线路保护原理
1.1.1线路主保护原理
直流配网线路短路的主保护由电流差动保护、电流过流保护和正、负极电流不平衡保护组成。其中，电流差动保护用于判断故障位置，过流保护和电流不平衡保护用于识别故障类型。保护范围为整段直流线路。电流正方向为从母线到线路。
1.1.2线路后备保护原理
虽然在发生金属性短路时，主保护可以保护线路全长，但当线路末端发生非金属性短路时，主保护可能不动作。故需要设置后备保护，保护范围为线路全长。采用方向电流保护确定故障区域，利用低电压保护判断故障类型。以直流线路AB为例，区内故障时，本段线路与下级线路BC始端故障电流方向相反，且线路AB始端故障电流方向与正方向相同，线路BC始端故障电流方向与正方向相反。区外故障时，线路AB、BC始端故障电流方向相同，且均与正方向相反。
1.2用户侧低压直流配电系统
1.2.1低压直流配电系统电压等级
由于低压直流配电系统在全世界范围均是一个全新的课题，用户侧低压直流配电系统电压等级各地区和各行业制订的标准也不尽相同，我国在2017年颁布了GB/T35727—2017《中低压直流配电电压导则》。从目前用户侧低压直流配电系统在中国的实践看，我国的低压直流配电系统的直流额定电压也均在此范围内。
1.2.2低压直流配电系统的导体配置
用户侧低压直流配电系统的导体配置，根据系统回路中的载流导体的数量，主要有二线制和三线制两种供电系统。二线制供电系统的某一电源即可根据需要接地，电源另一极对地电压Uo等于系统电压Un。三线制供电系统电源极与中性线M间可提供±两个对中线电压，同时也可提供两倍于对中线电压的极间电压。
1.2.3低压直流配电系统的接地形式
与交流配电系统一样，根据电源端导体的接地和负载侧保护接地的不同，用户侧低压直流配电系统也有TN、TT、IT等不同的接地形式。考虑到用户侧低压直流配电系统的传输距离和敷设方式，用户侧低压直流配电系统中优先选用TN和IT两种接地形式[1]。对于二线制供电系统的接地极的选定，应根据工作环境和其他相关因素决定，以避免对极导体和接地装置的电化学腐蚀。
2直流配电系统的分断与隔离
2.1直流开断设备的开断极性与应用
考虑到直流配电系统中电流流向的不同，在下列电流流向不确定的线路导体中应选用电气开断与电流方向无关的电气保护控制产品。（1）无电气联系的电源间转换；（2）充电设备与电池间；（3）两直流电源间；（4）光伏系统中光伏元件间及光伏元件与电池组间；（5）三线制系统的中性线。安装在下列线路中的开关电器，在保证开断电流方向与开关元件断流方向一致时，可选择有指定极性的开关元件：（1）负荷类型为无源设备；（2）无反向电流存在的线路。
2.2用户侧低压直流配电系统的分断与隔离
对于用户直流配电系统，在供电支路上应安装功能性分断电器元件。三线制系统的中性线不应安装独立的功能性分断电器元件。直流配电系统的保护线不应安装功能性分断电器元件。安装在直流系统中的开关类元件应能保证开关包括开断自身临界开断电流在内的各类正常工作电流[2]。为下列目的安装在配电支路中的分断开关元件，应选用满足隔离要求的隔离开关电器。隔离开关电器应保证同时断开所有带电线路。电子元器件不能用于电气隔离。（1）系统及电器设备检修；（2）用于人身电击保护。
3低压直流配电系统的过电流故障保护
3.1系统电压与保护开断极的设置
低压直流配电系统的保护开断极的设置与系统的接地形式和系统电压有关。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆保护开断极的开断电压须满足被保护线路中可能出现的最高电压，同时满足系统的隔离要求[3]。对于目前我国经常使用的不接地IT接地形式的直流配电系统，其保护极的设置应在每一线路设置断口，断口满足在配电系统最高电压分断电流的能力；采用多极串联的保护开关电器，应保证在每一线上的设置的串联极满足不同接线方式下的设置。
3.2低压直流系统的过电流保护
由于直流电源和用电设备与交流设备的差异，低压直流配电系统的过电流保护开关电器设备仅能满足对于线路的过电流保护，不能完全满足对全系统的过电流故障的保护，如达到完善的保护，需要与其他专用保护设备配合达到对系统的全保护。
3.2.1低压直流系统的短路故障保护
用户侧低压直流配电系统电源多以储能电池、整流设备和光伏板为主，由于设备内阻的因素，系统接地短路电流通常不会大于10kA或为系统额定电流的数倍，以220V、100Ah的铅酸蓄电池组为例，其最大短路电流应在10～15kA，而PV板的最大短路电流仅为最大发电电流的2～2．5倍，因此安装在用户侧直流配电系统中的保护开关电器10～20kA的分断能力完全满足直流配电系统中线路的保护需求，但要满足电源及用电设备的安全，还需保护电器的瞬动保护及短路短延时动作值满足电源及用电设备的安全要求，或与其他设备配合使用。
3.2.2低压直流系统的过载保护
直流电流对于导线的发热和载流量变化与交流一致，因此根据IEC60364-4-42的要求，用于线路过载保护的保护电器应满足以下两个条件：
IB≤In≤IZ （1）
式中：
IB———回路计算电流；
In———保护电器额定电流；
IZ———电缆持续载流量。
I2≤1.45IZ （2）
式中：I2———保护电器约定时间内可靠动作电流。兼顾于设备过载保护的保护电器应满足被保护设备自身要求。
3.3过流保护元件的选择
保护电器可根据保护需求选择有下列功能的熔断器或断路器：具有过载及短路保护的全范围或复合保护特性；具有过载或短路保护的部分或单一保护特性。选择部分或单一保护特性的保护电器，应保证系统中存在担负其他保护功能的保护电器，或确认系统中不会出现其他过流故障危害[4]。
3.4过流保护元件的选择性配合
直流配电系统中上下级过流保护元件应根据系统的过流保护需要确定下列保护选择性配合方式：完全选择性配合；部分选择性配合；后备保护配合。
结语：
用户侧低压直流配电系统的应用在全球范围内处于新兴的发展阶段，有关的系统研究和相关产品开发也在不断深入中。传统交流低压电器的保护理念和产品开发思路能否适应未来直流电气系统和产品的开发也是一个需要探讨的问题，因此国际IEC组织和我国标准化组织也制定相关标准发展路线图，相信随着用户侧低压直流配电系统的应用，各类标准制定和实践的不断深入，更多适用直流配电系统的保护理念和专用保护产品将在我国新能源领域得到广泛推出并得到应用。
参考文献：
[1]薛士敏，黄仁乐，高峰，张超. 基于暂态电流突变量的直流配电系统快速纵联保护新原理[J]. 供用电，2016，33（08）：37-44.
[2]胡宏宇. 低压直流配电系统综合保护与产品标准分析[J]. 建筑电气，2016，35（10）：17-21.
[3]刘树，赵宇明，陈莉，司喆. 柔性直流配电网控制保护系统设计与策略研究[J]. 供用电，2018，35（01）：21-27+39.
[4]吴海涛，王世祥. 柔性直流智能配电网的保护配置与动作策略研究[J]. 电力大数据，2018，21（02）：74-80.
论文作者:张艳华
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/8/29
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