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【摘 要】研究了保护电器级差配合试验的方法以及直流系统短路电流估算法，该研究是针对电力直流电源系统保护电器越级跳闸现象所开展的。文章将保护电器特性仿真法与额定电流校核法进行了对比，对此提出选择性校验试验法。直流电源保护电器级差配合装置就是根据短路电流预估算法研制的。
【关键词】直流系统 短路电流 级差配合试验装置 保护电器
直流电源系统能够供给人们日常生活、工作中所需的直流电源依靠的是电力工程的通信设备、自动装置、机电保护、断路器等设备，直流断路器以及熔断器在直流电源回路中作为主要的保护电器元件而被广泛使用，它所保护的是短路故障以及直流系统各个出线过流，总之，为了能夠隔离或断开馈线回路供电网络，可应用直流断路器及熔断器。是否能将系统的故障控制在最小范围内，与上下级保护选择性配合以及保护电器动作值整定和选型有着密切的关系。供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。为了消除或减轻短路的后果，就需要计算短路电流，以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。短路电流电力系统在运行中，相与相之间或相与地之间发生非正常连接时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。
一、校验直流电源保护电器
（一）级差配合特性法
在采用该方法之前应先建模，根据型号不同的直流保护电器所具有的特性开展建模，直流电源系统保护电器配置可采用仿真软件进行模拟，级差配合情况可根据对仿真结果的分析获得。通过保护器件电流和延时时间的函数关系是对保护器件建模过程中必不可少的。通过器件的电流与断路器保护时间之间的函数关系可采用软件函数进行拟合，还需要对多型号的直流断路器以及熔断器饿保护特性曲线进行查阅。该方法虽然不适合现场试验，但确实具有了很强理论研究意义。
（二）额定电流校核法
选择直流断路器额定电流时应遵循由大至小的原则，且电流之间不得少于四级级差。能够实现级差配合是通过隔极保护电器的额定电流值能否达到直流系统设计技术规程为基准进行判断的。该方法虽然在计算方面较为简单，但是只能作指导性参考，不能切实对短路点能够达到级差要求进行判断，因为该方法未考虑到保护电气短路点中直流开关的特性以及短路电流的大小等问题
（三）以短路电流预估算法为核心的校验
1.预估算法
直流电源回路等效电阻可以通过短路点施加电阻负载进行测试，实际短路电流也可利用基于最小二乘曲线拟合方法以及戴维南电路定律等方法进行估算，这就是短路电流预估算法的应用。在直流电源系统中，每一级短路电流会影响到蓄电池组的寿命，其变化范围较大，电流为几十安到几千安不等，因此，直接测试短路电流试验，具有极大风险性，不适用于现场试验。，直流电源系统发生短路，本级和上级直流断路器设置为和，蓄电池开路电动势为，直流回路等效电阻为，短路电流为。而当电阻负载与直流电源末端直流断路器负荷侧相连接时，假设测得的直流开关负荷侧电压为，为小电流短路值，则。
2.中最小二乘曲线拟合
最小二乘法和寻找数据的最佳函数进行匹配，其为数学优化技术。最小二乘曲线拟合法推求解析函数，并在有限序列的资料点中通过。未知的数据可以通过最小二乘法简便地获得，并将实际数据域求出的数据之间的误差平方控制在最小范围内。
二、开发测试系统
直流电源保护电气测试系统可按照小电流短路预估算法进行开发，由调节负载、数据采集单元、上位管理机共同构成了测试系统。短路测试在直流系统末级进行时，测试可直接采用直接短路模式，这是因为短路电流小。
对直流断路器灭弧特性曲线进行录制，并对短路电流的大小进行测试。当短路测试直流馈线屏或者直流分电屏时，因存在较大短路电流，为了对直流断路器的选择性进行校验，直流短路电流的预测可采用小电流预估法。数据采集卡、示波器卡、电流传感器、分流器等组成了数据采集单元，实现了高速录制波形、高精度采集电流电压、直流电流电压数据的实时采集。测试回路小电流的调节可通过改变调节负载电阻来实现，实际短路电流可通过小电流预估算法来实现。时间继电器和大功率直流接触器构成了延时保护单元，在进行试验时，可接通和延时分断主电路，从而确保测试的可靠性与安全性。
开发管理软件安装在上为管理机上，为分析、储存、管理测试数据提供了平台。在便携式计算机中可将多组电流、电压测试数据进行储存，预估短路电流和直硫馈线回路电阻可根据趋势外推理论以及最小二乘曲线拟合进行计算，直流系统保护电器级差配合能否达到选择性要求，可根据馈线回路保护电器的技术参数以及规格型号来进行预测。根据断路器分断特性曲线，以及显示、分析短路模拟校验试验来获得保护电气动作分断时间以及直流系统馈线回路实际短路电流，并对直流系统保护电器级差实际配合情况进行校验。除此之外，还能够实现报表打印输出、历史记录快速查找、查询、数据管理、电子存档等一系列功能。
三、结束语
供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。通过试验分析，要想准确测试直流系统每级短路电流，可采用电力直流电源保护电器级差的方法来实现，在短路电流较大的情况下，该方法的应用可以有效避免对蓄电池寿命所产生的干扰、影响，其具有测试安全、实用性强等特点。
参考文献：
[1]程显，廖敏夫，段雄英，邹积岩，马岩.采用电网高压母线负载电流供能的光控真空开关模块操动机构电源设计[J].高电压技术，2011（8）.
[2]敬华兵，年晓红，范瑞祥，刘栋，邓明.直流融冰覆冰线路全控直流融冰电源及其控制切换策略[J].电力系统自动化，2012（13）.
[3]陈文光，饶军，李波，雷光玖，康自华，王明伟，冯鲲.HL-2A MW级中性束注入系统弧流电源设计[J].原子能科学技术，2011（3）.
[4]张华中，朱玲玲，张洪涛，韩爱芝，李新伟，刘中印.基于估算对侧电源阻抗的自适应距离保护算法[J].电力系统自动化，2011（12）.
【关键词】直流系统 短路电流 级差配合试验装置 保护电器
直流电源系统能够供给人们日常生活、工作中所需的直流电源依靠的是电力工程的通信设备、自动装置、机电保护、断路器等设备，直流断路器以及熔断器在直流电源回路中作为主要的保护电器元件而被广泛使用，它所保护的是短路故障以及直流系统各个出线过流，总之，为了能夠隔离或断开馈线回路供电网络，可应用直流断路器及熔断器。是否能将系统的故障控制在最小范围内，与上下级保护选择性配合以及保护电器动作值整定和选型有着密切的关系。供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。为了消除或减轻短路的后果，就需要计算短路电流，以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。短路电流电力系统在运行中，相与相之间或相与地之间发生非正常连接时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。
一、校验直流电源保护电器
（一）级差配合特性法
在采用该方法之前应先建模，根据型号不同的直流保护电器所具有的特性开展建模，直流电源系统保护电器配置可采用仿真软件进行模拟，级差配合情况可根据对仿真结果的分析获得。通过保护器件电流和延时时间的函数关系是对保护器件建模过程中必不可少的。通过器件的电流与断路器保护时间之间的函数关系可采用软件函数进行拟合，还需要对多型号的直流断路器以及熔断器饿保护特性曲线进行查阅。该方法虽然不适合现场试验，但确实具有了很强理论研究意义。
（二）额定电流校核法
选择直流断路器额定电流时应遵循由大至小的原则，且电流之间不得少于四级级差。能够实现级差配合是通过隔极保护电器的额定电流值能否达到直流系统设计技术规程为基准进行判断的。该方法虽然在计算方面较为简单，但是只能作指导性参考，不能切实对短路点能够达到级差要求进行判断，因为该方法未考虑到保护电气短路点中直流开关的特性以及短路电流的大小等问题
（三）以短路电流预估算法为核心的校验
1.预估算法
直流电源回路等效电阻可以通过短路点施加电阻负载进行测试，实际短路电流也可利用基于最小二乘曲线拟合方法以及戴维南电路定律等方法进行估算，这就是短路电流预估算法的应用。在直流电源系统中，每一级短路电流会影响到蓄电池组的寿命，其变化范围较大，电流为几十安到几千安不等，因此，直接测试短路电流试验，具有极大风险性，不适用于现场试验。，直流电源系统发生短路，本级和上级直流断路器设置为和，蓄电池开路电动势为，直流回路等效电阻为，短路电流为。而当电阻负载与直流电源末端直流断路器负荷侧相连接时，假设测得的直流开关负荷侧电压为，为小电流短路值，则。
2.中最小二乘曲线拟合
最小二乘法和寻找数据的最佳函数进行匹配，其为数学优化技术。最小二乘曲线拟合法推求解析函数，并在有限序列的资料点中通过。未知的数据可以通过最小二乘法简便地获得，并将实际数据域求出的数据之间的误差平方控制在最小范围内。
二、开发测试系统
直流电源保护电气测试系统可按照小电流短路预估算法进行开发，由调节负载、数据采集单元、上位管理机共同构成了测试系统。短路测试在直流系统末级进行时，测试可直接采用直接短路模式，这是因为短路电流小。
对直流断路器灭弧特性曲线进行录制，并对短路电流的大小进行测试。当短路测试直流馈线屏或者直流分电屏时，因存在较大短路电流，为了对直流断路器的选择性进行校验，直流短路电流的预测可采用小电流预估法。数据采集卡、示波器卡、电流传感器、分流器等组成了数据采集单元，实现了高速录制波形、高精度采集电流电压、直流电流电压数据的实时采集。测试回路小电流的调节可通过改变调节负载电阻来实现，实际短路电流可通过小电流预估算法来实现。时间继电器和大功率直流接触器构成了延时保护单元，在进行试验时，可接通和延时分断主电路，从而确保测试的可靠性与安全性。
开发管理软件安装在上为管理机上，为分析、储存、管理测试数据提供了平台。在便携式计算机中可将多组电流、电压测试数据进行储存，预估短路电流和直硫馈线回路电阻可根据趋势外推理论以及最小二乘曲线拟合进行计算，直流系统保护电器级差配合能否达到选择性要求，可根据馈线回路保护电器的技术参数以及规格型号来进行预测。根据断路器分断特性曲线，以及显示、分析短路模拟校验试验来获得保护电气动作分断时间以及直流系统馈线回路实际短路电流，并对直流系统保护电器级差实际配合情况进行校验。除此之外，还能够实现报表打印输出、历史记录快速查找、查询、数据管理、电子存档等一系列功能。
三、结束语
供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。通过试验分析，要想准确测试直流系统每级短路电流，可采用电力直流电源保护电器级差的方法来实现，在短路电流较大的情况下，该方法的应用可以有效避免对蓄电池寿命所产生的干扰、影响，其具有测试安全、实用性强等特点。
参考文献：
[1]程显，廖敏夫，段雄英，邹积岩，马岩.采用电网高压母线负载电流供能的光控真空开关模块操动机构电源设计[J].高电压技术，2011（8）.
[2]敬华兵，年晓红，范瑞祥，刘栋，邓明.直流融冰覆冰线路全控直流融冰电源及其控制切换策略[J].电力系统自动化，2012（13）.
[3]陈文光，饶军，李波，雷光玖，康自华，王明伟，冯鲲.HL-2A MW级中性束注入系统弧流电源设计[J].原子能科学技术，2011（3）.
[4]张华中，朱玲玲，张洪涛，韩爱芝，李新伟，刘中印.基于估算对侧电源阻抗的自适应距离保护算法[J].电力系统自动化，2011（12）.