永磁斷路器與綜自測(cè)控裝置接口解決方案

尚有全

（神華準(zhǔn)格爾能源公司大準(zhǔn)鐵路公司供電段，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市，010300）

經(jīng)過(guò)眾多專(zhuān)家多年的努力，真空斷路器由于永磁機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，其無(wú)與倫比的開(kāi)斷特性、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越得到了體現(xiàn)，操作機(jī)構(gòu)的回路也越來(lái)越簡(jiǎn)單，體積越來(lái)越小。因此永磁真空斷路器作為柱上斷路器和用戶端斷路器，得到了較為廣泛的應(yīng)用，但永磁真空斷路器在電鐵牽引變電所的應(yīng)用還是比較少見(jiàn)。在2009年大準(zhǔn)鐵路窯溝變電所擴(kuò)能改造工程中，溫州某廠生產(chǎn)的ZN-27.5／M1600永磁斷路器首次在大準(zhǔn)電鐵中得到了應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)接線后，傳動(dòng)試驗(yàn)中發(fā)生了誤動(dòng)，不能正常投運(yùn)的現(xiàn)象，經(jīng)仔細(xì)測(cè)量、分析研究，發(fā)現(xiàn)了其操作機(jī)構(gòu)的永磁驅(qū)動(dòng)模塊控制回路與綜自測(cè)控裝置的控制回路不兼容造成斷路器誤動(dòng)的情況。經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究，在本文提出了該型號(hào)斷路器永磁驅(qū)動(dòng)模塊控制回路與綜自測(cè)控裝置控制回路接口的解決方案，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際多次的傳動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該方案的可行性和所選用元件的可靠性。

1 既有27.5 kV 電磁型操作機(jī)構(gòu)真空斷路器控制回路原理

既有真空斷路器的操作機(jī)構(gòu)為：CD2-40GⅡ型電磁操作機(jī)構(gòu)。主要電氣元件有合閘接觸器HC：CZO-100C 直流接觸器，線圈電阻120Ω；跳閘線圈TQ：線圈電阻88Ω；合閘線圈HQ：線圈電阻2.59Ω。綜自DK3520A 電鐵饋線測(cè)控裝置與斷路器的控制原理如圖1所示。

（1）斷路器在分閘狀態(tài)時(shí)跳閘位置繼電器回路狀態(tài)分析。

電路導(dǎo)通，由于跳閘位置繼電器1TWJ、2TWJ直流電阻為2.8 kΩ，R11、R12 均為10 kΩ，均為電壓型元件；合閘接觸器HC 直流電阻為120Ω 為電流型元件；串聯(lián)回路總電阻為25.72 kΩ，控制電壓為直流220V，回路電流I=220V／25.72kΩ=0.0086 A，通過(guò)合閘接觸器HC 的電壓為1.032V、電流為0.0086A 遠(yuǎn)達(dá)不到其下限動(dòng)作值Udz=85%US=187V，斷路器不會(huì)誤動(dòng)合閘。而跳閘位置繼電器1TWJ、2TWJ兩端電壓均為U=0.0086×2.8kΩ=24V，達(dá)到其額定工作電壓正常工作，監(jiān)視合閘控制回路的完好性。

（2）既有真空斷路器合閘過(guò)程分析

測(cè)控屏操作WK 進(jìn)行斷路器合閘，其合閘啟動(dòng)回路如圖2所示。

導(dǎo)通，回路中合閘保持繼電器HBJ線圈受電，其常開(kāi)接點(diǎn)閉合，自保持回路：接通形成自保持回路。串聯(lián)回路中V24、V25為大功率二極管導(dǎo)通后其壓降很小約1.4V，因此220V 電壓大部分加在了合閘接觸器HC線圈上，達(dá)到了其額定工作電壓DC217.2V，電流I=217V／120Ω=1.8A 使其可靠動(dòng)作，合閘接觸器HC 動(dòng)作其常開(kāi)接點(diǎn)接通250V 的合閘線圈HQ 回路，合閘線圈HQ 瞬間電流I=250V／2.59=96.5A，獲得巨大的電磁力驅(qū)動(dòng)合閘機(jī)構(gòu)機(jī)械合閘。斷路器可靠合閘后其常閉輔助觸點(diǎn)切斷合閘自保持回路，完成合閘過(guò)程。

（3）合閘后，合閘位置繼電器回路 （見(jiàn)圖3）的分析。

合閘后斷路器常開(kāi)輔助接點(diǎn)閉合使合閘位置繼電器回路接通，其工作原理同跳閘位置繼電器回路。通過(guò)跳閘線圈TQ 的電流I=220V／26.48=0.0083A 遠(yuǎn)達(dá)不到其動(dòng)作值，斷路器不會(huì)誤動(dòng)跳閘。而1HWJ、2HWJ兩端電壓均為24V 達(dá)到其額定工作電壓正常工作，監(jiān)視分閘控制回路的完好性。

圖1 電鐵饋線測(cè)控裝置與斷路器的控制原理

圖2 合閘啟動(dòng)回路圖

圖3 合閘位置繼電器回路

（4）既有真空斷路器分閘過(guò)程分析。

從測(cè)控屏操作WK 進(jìn)行斷路器分閘時(shí)，其分閘啟動(dòng)回路如圖4所示。

圖4 分閘啟動(dòng)回路圖

導(dǎo)通，手動(dòng)分閘出口繼電器STCJ線圈受電，STCJ1常開(kāi)接點(diǎn)閉合，接通分閘回接通，回路中V26、V27為大功率二極管導(dǎo)通后其壓降很小約1.4V，因此220V 電壓大部分加在了TQ 線圈上，達(dá)到了其額定工作電壓217V，電流I=217／88=2.5A 使其可靠動(dòng)作，斷路器可靠分閘后其常開(kāi)輔助觸點(diǎn)切斷分閘保持回路，完成分閘過(guò)程，如圖5所示。

圖5 常開(kāi)輔助觸點(diǎn)切斷分閘保持回路

通過(guò)以上對(duì)既有斷路器分閘位置、合閘、合閘位置、分閘電路的分析可以得出以下結(jié)論：既有電磁型操作機(jī)構(gòu)的真空斷路器的分、合閘回路為2-1.8A 的電流型操作回路；監(jiān)控回路為電壓型元件，分、合后雖與跳閘接觸器TQ、合閘接觸器HC串聯(lián)，但由于HWJ、FWJ電阻遠(yuǎn)大于跳閘接觸器TQ、合閘接觸器HC 的電阻，不會(huì)造成斷路器的誤動(dòng) （分、合）。

2 新型27.5 kV 永磁操作機(jī)構(gòu)真空斷路控制回路原理

大準(zhǔn)鐵路采用溫州某廠生產(chǎn)的ZN-27.5／M1600永磁真空斷路器永磁操作機(jī)構(gòu)使用電子模塊驅(qū)動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量其合閘指令CZ：4，CZ：3端口電阻為3.75 MΩ，測(cè)量分閘指令C：5，CZ：3端口電阻為3.75 MΩ，現(xiàn)場(chǎng)接線后，斷路器機(jī)前操作時(shí)分、合閘正常。將控制方式開(kāi)關(guān)打至遠(yuǎn)方位時(shí)斷路器出現(xiàn)了合、分誤動(dòng)的現(xiàn)象。具體控制回路原理見(jiàn)圖6。根據(jù)圖6分析其誤動(dòng)原因如下：

（1）新型永磁斷路器在分閘狀態(tài)時(shí)跳閘位置繼電器回路狀態(tài)分析。

斷路器控制方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打至遠(yuǎn)方位時(shí)，跳閘位置繼電器回路接通，由于1TWJ、2TWJ直流電阻分別為2.8kΩ，R11、R12均為10kΩ；合閘指令輸入端口CZ：4，CZ：3 線圈的電阻為3.75 MΩ；串聯(lián)回路總電阻為3.776 MΩ，控制電壓為直流220V，回路電流為I=220 V／3.776 MΩ=0.058 mA，通過(guò)合閘指令端口線圈的電壓為218V，達(dá)到其動(dòng)作值使斷路器造成誤合閘，如圖7所示。

（2）新型永磁斷路器在合閘狀態(tài)時(shí)合閘位置繼電器回路狀態(tài)分析。

斷路器合閘后，合閘位置繼電器回路接通，同跳閘位置繼電器回路相同，通過(guò)分閘指令端口線圈的電壓為218V，達(dá)到其動(dòng)作值使斷路器造成誤分閘，如圖8所示。

圖6 永磁模塊驅(qū)動(dòng)型操作機(jī)構(gòu)真空斷路器控制回路原理

通過(guò)以上對(duì)新型永磁模塊驅(qū)動(dòng)真空斷路器誤合閘、誤分閘的分析，其主要原因?yàn)樾滦湍K驅(qū)動(dòng)的永磁斷路器的合閘、分閘指令端口線圈電阻遠(yuǎn)大于跳閘、合閘位置繼電器線圈電阻，串聯(lián)回路接通時(shí)由于分壓作用，電壓幾乎全部加在了分、合閘指令端口的線圈上，造成斷路器的誤合、誤分閘現(xiàn)象。即新型永磁斷路器控制回路為電壓型，而綜自控制回路為電流型，兩者接口不兼容。

圖7 跳閘位置繼電器回路

圖8 斷路器誤分閘示意圖

3 新型27.5 kV 永磁操作機(jī)構(gòu)真空斷路控制回路與綜自接口問(wèn)題的解決方案

通過(guò)以上對(duì)既有電磁型、新型永磁真空斷路器兩種控制回路與綜自控制回路接入的分析，既有電磁型真空斷路器控制回路元件為電流型；新型永磁真空斷路器控制回路元件為電壓型；綜自控制回路中TWJ、HWJ元件為電壓型與新型永磁真空斷路器的電壓型元件串聯(lián)后造成分壓使斷路器誤動(dòng)。如果新型永磁斷路器分、合閘指令端口如圖9所示并接小電阻R1、R2即可與綜自控制回路接口互相兼容，實(shí)現(xiàn)斷路器的正常操作和監(jiān)視控制回路完好性的功能。

圖9 永磁驅(qū)動(dòng)模塊并接電阻原理圖

利用電工基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算后選取兩個(gè)400 Ω，100 W 電阻R1、R2并接于新型永磁驅(qū)動(dòng)模塊分、合閘指令端口，將其電壓型回路轉(zhuǎn)換為與綜自控制回路相適應(yīng)的電流型回路，接入綜自控制回路即可實(shí)現(xiàn)兩者的兼容。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)接線傳動(dòng)試運(yùn)行驗(yàn)證了該方案的正確性和可行性，并在大準(zhǔn)鐵路各牽引變電所推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

從以上案例分析得出，牽引變電所改造工程中應(yīng)充分考慮綜自控制回路與新型永磁斷路器控制回路接口的兼容性，如不兼容應(yīng)通過(guò)對(duì)兩者的控制回路進(jìn)行分析研究，制定出切實(shí)可行的解決方案，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、試運(yùn)行驗(yàn)證正確方可推廣應(yīng)用。以確保牽引供電設(shè)備正常運(yùn)行，確保安全供電。

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