低压直流配电系统安全指南

西门子（中国）有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、上海电器科学研究院、江苏和网源电气有限公司、上海湃喏文化传播有限公司、中国质量认证中心。

本标准给出了低压直流配电系统的一般性安全因素、分断与隔离的安全、过电流保护、接地故障及热效应防护和暂态过电压防护等要求。

本标准适用于在下述户内、户外场所的直流1500V以下的直流配电系统（但不限于）：

——民用及工业建筑物；

——医疗场所；

——车载及可运输装置；

——信息及通讯设施供电系统；

——光伏供电系统。

本标准不适用于下述场所：

——电气牵引车辆及信号设备（系统）；

——机动车的电气设备；

——船用及飞行器的电气设备（系统）；

——专用设备及场所的直流供电。 2100433B

胡宏宇、李锋、马红、柴熠、方晓燕、林永清、黄立新、康巍、曾雁鸿。

本标准给出了低压直流配电系统的一般性安全因素、分断与隔离的安全、过电流保护、接地故障及热效应防护和暂态过电压防护等要求。 本标准适用于在下述户内、户外场所的直流1500V以下的直流配电系统（但不限于）： ——民用及工业建筑物； ——医疗场所； ——车载及可运输装置； ——信息及通讯设施供电系统； ——光伏供电系统。 本标准不适用于下述场所： ——电气牵引车辆及信号设备（系统）； ——机动车的电气设备； ——船用及飞行器的电气设备（系统）； ——专用设备及场所的直流供电。

如前所述，直流网络保护是直流配电系统保护的核心，而直流线路的故障特性又与换流器结构类型密切相关。为保证系统电压和功率的可控性，提高电能质量，直流配电系统中的换流装置为电压源型换流器(voltage source converter VSC)，包括三相两电平、三电平或模块化多电平等结构，目前文献中所研究的低压配电一般为三相两电平结构，故以下讨论也以三相两电平结构为主。传统交流系统根据几十年的运行经验，已经形成了一套比较完善的保护运行标准和规范，但直流配电系统与交流系统有很大不同，故障有其自身的特点，主要体现在以下几个方面:

1)故障电流上升迅速。当直流线路发生接地故障时，VSC直流侧并联的滤波电容首先在极短的时间内对故障点放电，造成线路电流迅速上升，这对保护监测和隔离装置的速度提出了很高的要求。并且直流线路发生短路故障后，VSC在自身保护的作用下锁定绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，但与IGBT反并联的续流二极管仍连接在电路中，交流电源通过二极管持续向故障点释放不控整流电流，使短路电流不能自然衰减。

2)影响范围广。直流配电系统中的大部分并网单元都通过换流器接入，当直流线路上任何一点发生接地故障时，与之相连的换流器出口电容都会向故障点放电，造成直流电压的迅速下降，影响相关设备的使用。特别是交流电源、电动机等单元还会通过续流二极管持续向故障点提供短路电流。另外，故障发生在交流电源侧或负荷侧时，会引起出口直流电压的变化，对非故障区域造成影响。

3)故障定位困难。高压直流输电电缆线路频变参数明显，目前主要采用行波法进行故障定位，另外学者们还提出了利用电流固有频率、基于参数识别原理等故障定位方法。与高压直流输电不同的是，直流配电系统线路T接负荷和分布式电源，需要精确故障定位，但直流配电系统电缆线路长度短，精确的故障定位比较困难，特别是系统高阻接地时，故障检测更加困难。

4)缺乏直流断路设备。与交流相比，直流电流没有自然过零点，灭弧困难得多，消弧需要更大的空间，控制也更加复杂。目前可商业应用的直流断路器容量有限且价格昂贵。没有低成本可商业应用的大容量直流断路器和缺乏工程实际运行经验是直流配电系统保护设计面临的挑战。

5)多种电力电子装置影响。近年来，随着电力电子技术的发展，直流断路器技术不断取得新的突破，也有不少学者提出了利用换流器来限制和切断故障电流，另外还出现了多种具有故障限流能力的换流器和故障电流限流装置(FCL) 。

直流配电系统的保护系统包含测量装置、继电器、出口断路器、隔离设备等。保护系统的设计应满足可靠性、速动性、选择性、经济性等要求。柔性直流输电保护系统针对各主要设备和故障类型，将系统划分为交流侧保护、换流器保护、直流侧保护(直流输电线路保护))3个区域。但与柔性直流输电系统不同的是，直流配电系统直流线路T接负载及分布式电源支路，故障类型要复杂得多。以中压直流配电系统为例，保护区域大体可以分为交流电源侧保护、变换器保护、直流网络保护、负载保护4部分，各区域可能发生的故障类型或不正常运行方式主要包括 ：

1)交流电源侧保护。交流电源侧可能发生各种类型的线路短路或者断线故障，同时也需要考虑交流变压器的保护。另外还包括由于操作或甩负荷引起的过电压、低电压、电压骤降及三相系统不平衡等不正常运行方式。直流配电系统保护设计需要考虑交流电源侧故障对直流网络运行及保护的影响。

2)变换器保护。直流配电系统中的变换器包括AC/DC换流器、DC/AC换流器及DC/DC变换器。变换器是直流配电系统的核心，也是保护设计关注的重要部分。变换器故障主要有阀短路、桥臂短路、变换器交流侧或直流侧出口短路、脉冲触发系统故障、冷却系统故障等。变换器的保护由装置自身保护和系统提供的后备保护实现，在直流配电系统保护设计中需要考虑变换器自身保护动作对系统保护的影响和与系统保护的配合。

3)直流网络保护。直流网络保护主要指直流母线和直流馈线的保护，是直流配电系统保护的核心。根据实际需要不同，直流系统接线可以采用单极接地或中性点接地，线路可以采用架空线或直流电缆。直流线路故障包括接地故障、极间故障及断线故障，另外还存在绝缘水平下降、低电压或过电压等不正常运行方式。电缆线路故障一般为永久性故障，对架空线路来说还会发生雷击、污闪等引起的暂时性故障。

4)负荷侧保护。直流配电系统同时存在直流负荷和通过逆变器接入的交流负荷，光伏、小型燃气轮机等分布式电源及储能也囊括在负载保护区域。负载保护区可能发生的故障有短路、过载等。储能电池通过双向换流设备接入直流网，在保护设计时需考虑其能量流动的双向性。

2017年11月1日，《低压电气设备安全风险评估和风险降低指南》发布。

2018年5月1日，《低压电气设备安全风险评估和风险降低指南》实施。