110 kV斷路器控制回路設(shè)計(jì)缺陷分析及改進(jìn)措施

鐘著輝

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司常德供電分公司，湖南常德415000)

110 kV斷路器控制回路設(shè)計(jì)缺陷分析及改進(jìn)措施

Analysis and improvement of design defects for a 110 kV breaker control circuit

鐘著輝

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司常德供電分公司，湖南常德415000)

通過對(duì)斷路器控制回路進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其回路設(shè)計(jì)存在不足。針對(duì)這些不足對(duì)回路進(jìn)行改進(jìn)，增加機(jī)構(gòu)電源監(jiān)視元件，把合閘閉鎖改為已儲(chǔ)能控制方式，杜絕未儲(chǔ)能時(shí)發(fā)生合閘操作可能；直接從密度繼電器接點(diǎn)接取遙信，以提高可靠性和消除故障隱患。

合閘線圈；控制回路；閉鎖

目前在中低壓電網(wǎng)中普遍采用SF6彈簧操作機(jī)構(gòu)斷路器，其控制回路接線完好性和正確性直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行?，F(xiàn)以110 kV LW35-126斷路器控制電路為例進(jìn)行分析，指出其二次接線設(shè)計(jì)中存在的不足之處、由此可能帶來的問題，并提出了改進(jìn)措施。

1 LW35-126控制回路原理分析

LW35-126控制回路由操作電源、跳閘與合閘控制、閉鎖電路、彈簧儲(chǔ)能控制電路等部分組成。圖1為該型斷路器操作機(jī)構(gòu)電氣控制原理接線圖，其中實(shí)線框內(nèi)電路為與之配合的保護(hù)操作箱簡(jiǎn)化接線。圖1中:K1防跳 (當(dāng)用操作箱防跳時(shí)，該元件線圈需斷開)，K11合閘，K22分閘，K2為SF6氣壓低告警，K3為SF6氣壓低閉鎖，K4儲(chǔ)能中閘，KM儲(chǔ)能控制，SBT1就地/遠(yuǎn)方切換，SBT2就地操作。HJ合閘，TJ分閘，TBJ跳閘保持，HBJ合閘保持，HWJ合位監(jiān)視，TWJ分位監(jiān)視。

1.1 遠(yuǎn)方合閘控制回路

操作箱L＋電源 (L＋，正極)101→HJ1-2→TBJ3-4→HBJ線圈→端子17→SBT1(1-2)→K121-22→K3 (21-22)→K4(21-22)→S1-3→K11→102構(gòu)成回路，啟動(dòng) K11合閘，并使 HBJ吸合，HBJ1-2閉合，實(shí)現(xiàn)合閘自保持。合閘成功后，S1-3斷開，合閘返回。

圖1 LW35-126斷路器機(jī)構(gòu)控制回路圖

1.2 遠(yuǎn)方分閘控制回路

操作箱L＋電源經(jīng)101→TJ1-2→TBJ電流線圈→端子26→SBT1(3-4)→K3(31-32)→S6-8→K22線圈→102構(gòu)成回路，啟動(dòng)K22跳閘，并使TBJ吸合，TBJ1-2閉合，實(shí)現(xiàn)跳閘自保持。跳閘成功后，S6-8斷開，跳閘返回。

SBT1正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)置遠(yuǎn)方，SBT2為就地操作開關(guān)，斷路器檢修時(shí)，將 SBT1置就地位，可由SBT2就地操作。

1.3 儲(chǔ)能控制與合閘閉鎖回路

K4為帶有延時(shí)觸點(diǎn)的儲(chǔ)能中間繼電器，在未儲(chǔ)能時(shí)SP1-2閉合，K4吸合，K4(21-22)接點(diǎn)斷開，閉鎖合閘回路，并由K4(13-14)接通儲(chǔ)能控制回路接觸器 (KM)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)儲(chǔ)能。K4吸合后開始計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)限SP1-2沒有斷開K4線圈回路時(shí)，K4(55-56)儲(chǔ)能超時(shí)接點(diǎn)接通，斷開KM切斷儲(chǔ)能電機(jī)供電。

1.4 SF6低氣壓報(bào)警與跳合閘閉鎖回路

K2，K3為SF6氣體密度監(jiān)視重動(dòng)繼電器，當(dāng)氣壓下降時(shí)KD(1-2)接通，K2動(dòng)作，并在最低氣壓時(shí) KD(3-4)接通，K3動(dòng)作，K3(21-22)接點(diǎn)斷開，K3(31-32)接點(diǎn)斷開分別閉鎖跳合閘操作回路。

1.5 狀態(tài)監(jiān)視及信號(hào)回路

當(dāng)斷路器在分位時(shí)，圖1中操作箱L＋電源101→TWG→TWJ→端子17→機(jī)構(gòu)合閘回路→102，TWJ吸合；當(dāng)斷路器在合位時(shí)，操作箱L＋電源101→HWG→HWJ→端子26→機(jī)構(gòu)分閘回路，HWJ吸合，若發(fā)生操作回路異常，HWJ和TWJ均不動(dòng)作，發(fā)控制斷線信號(hào)。

圖1中K4不動(dòng)作時(shí)，K4(31-32)常閉接點(diǎn)發(fā)合閘簧已儲(chǔ)能信號(hào)，K2吸合時(shí)K2(43-44)發(fā)SF6氣壓低信號(hào)，K4吸合時(shí)K4(43-44)發(fā)SF6氣壓低閉鎖信號(hào)。

2 存在的問題分析

圖1中K2，K3，K4在正常工況，即斷路器已儲(chǔ)能、氣壓正常時(shí)，均不帶電，由此可能會(huì)帶來一系列問題。

2.1 斷路器操作L＋電源缺乏有效監(jiān)視

如圖1所示，斷路器操作電源L＋，L－接自操作箱電源101，102。在斷路器機(jī)構(gòu)電路中，遠(yuǎn)方操作箱跳合閘回路只與L–有關(guān)，與 L＋無關(guān)，當(dāng)L－掉電時(shí)會(huì)造成跳合閘回路不通，由于 TWJ或HWJ位置繼電器均不吸合，發(fā)控制斷線信號(hào)；但當(dāng)L＋失電，回路仍會(huì)表現(xiàn)正常，保護(hù)裝置無任何異常信號(hào)發(fā)出。而實(shí)際上此時(shí)斷路器的SF6壓力閉鎖回路、儲(chǔ)能控制回路及相關(guān)信號(hào)回路均已失效。如果此時(shí)進(jìn)行合閘操作，合閘彈簧又恰未儲(chǔ)能，儲(chǔ)能中間繼電器K4無L＋電源不能吸合，遠(yuǎn)方收不到機(jī)構(gòu)未儲(chǔ)能信號(hào)，斷路器合閘回路不能被閉鎖，合閘后回路通過操作箱HBJ將合閘回路保持導(dǎo)通，導(dǎo)致合閘線圈不能斷電而燒毀。如果斷路器本體SF6壓力降低，也不能發(fā)信和閉鎖操作，對(duì)斷路器的狀態(tài)失去掌控，可能在SF6氣壓異常時(shí)發(fā)生斷路器跳合閘，而埋下事故隱患。

2.2 儲(chǔ)能控制及閉鎖回路不可靠

如圖1，儲(chǔ)能閉鎖回路取自K4常開，儲(chǔ)能信號(hào)取自K4常閉，K4只在未儲(chǔ)能時(shí)動(dòng)作，已儲(chǔ)能時(shí)不動(dòng)作。但K4不動(dòng)作，不代表已儲(chǔ)能或該回路完好，當(dāng)K4線圈損壞、或發(fā)生L＋電源掉電、或SP接點(diǎn)損壞，同樣會(huì)導(dǎo)致K4不動(dòng)作，后果是斷路器在合閘后不能儲(chǔ)能，且不能被發(fā)現(xiàn)，閉鎖回路失效，在下一次合閘時(shí)直接燒線圈。

2.3 SF6監(jiān)視信號(hào)設(shè)置不當(dāng)

如圖1，接致控制屏的SF6告警和閉鎖信號(hào)，分別取自K2，K3常開接點(diǎn)，同樣K2，K3不動(dòng)作，不代表氣壓正?；蛟摶芈吠旰?。當(dāng)發(fā)生L＋電源掉電、或K2，K3線圈損壞，均無異常信號(hào)，操作回路不能被閉鎖。

3 故障案例

對(duì)某新建110 kV間隔斷路器控制回路進(jìn)行調(diào)試，該斷路器型號(hào)為L(zhǎng)W35-126，采用彈簧儲(chǔ)能操作機(jī)構(gòu)。調(diào)試人員先在斷路器就地進(jìn)行操作，就地分、合閘試驗(yàn)及儲(chǔ)能均工作正常。然后改在控制室操作，第1次操作正常，第2次合閘操作時(shí)發(fā)現(xiàn)斷路器不變位，仍顯示跳位，隨后跳位指示燈滅，并發(fā)控制斷線信號(hào)。檢查發(fā)現(xiàn)控制電源空開跳閘，測(cè)量控制電源正、負(fù)極之間無短路，測(cè)量合閘回路電阻只有2 Ω，說明已短路?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)合閘線圈已燒毀，斷路器在分位，處于未儲(chǔ)能狀態(tài)。

更換線圈后，先手動(dòng)儲(chǔ)能、手動(dòng)操作，斷路器工作正常，由此排除機(jī)構(gòu)故障的可能性，燒線圈應(yīng)是由電氣回路異常引起，但檢查全部控制回路、電機(jī)儲(chǔ)能回路、各元件均正常。再次給電后試操作，斷路器就地/遠(yuǎn)方均能正常操作。

檢查故障時(shí)后臺(tái)機(jī)事件報(bào)文，發(fā)現(xiàn)在故障前的一次合閘后，未報(bào)送斷路器未儲(chǔ)能動(dòng)作信號(hào)，正常時(shí)應(yīng)有一次未儲(chǔ)能動(dòng)作和返回信號(hào)，分析原因?yàn)樵谇按魏祥l釋能后，彈簧一直處在未儲(chǔ)能狀態(tài)，而且儲(chǔ)能控制繼電器 (K4)也沒有動(dòng)作閉鎖合閘回路，導(dǎo)致在下次操作時(shí)，在未儲(chǔ)能狀態(tài)下接通了合閘回路，由保護(hù)操作箱HBJ合閘保持，合閘回路持續(xù)接通，從而燒線圈和引起控制空開跳閘。

由于機(jī)構(gòu)內(nèi)各元件故障已排除，從前面的分析可知，唯一可能的原因是操作 L＋電源出了問題，當(dāng)L＋因某種原因消失時(shí)，儲(chǔ)能回路失效，因K4不動(dòng)作，合閘閉鎖回路失效，斷路器控制回路仍會(huì)表現(xiàn)正常，遠(yuǎn)方仍可進(jìn)行跳、合閘操作。查 Q1正常，拆下從控制室過來的L＋電源 (101)電纜線檢查，發(fā)現(xiàn)剝出線頭太短，緊線螺絲完全壓在了導(dǎo)線的塑料外皮上，因機(jī)構(gòu)在跳合閘時(shí)，有較大震動(dòng)，導(dǎo)致線頭有時(shí)接觸不良，合閘后K4不能動(dòng)作儲(chǔ)能，但合閘回路仍表現(xiàn)正常，發(fā)生未儲(chǔ)能合閘燒壞線圈。

4 改進(jìn)措施

通過上述分析及故障案例可看出，該型斷路器控制回路的主要問題為:操作電源L＋異常時(shí)無信號(hào)；機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能、SF6低氣壓告警等異常信號(hào)監(jiān)視，均經(jīng)重動(dòng)中間繼電器啟動(dòng)，有信號(hào)時(shí)動(dòng)作，無信號(hào)時(shí)不動(dòng)作，而其動(dòng)作與否首先是建立在回路及自身完好基礎(chǔ)上的，其完好性沒有進(jìn)行監(jiān)視，在這部分回路或元件出故障時(shí)等同于無信號(hào)，存在事故隱患。圖2為改進(jìn)電路圖，虛線框內(nèi)為變動(dòng)部分。

4.1 增加機(jī)構(gòu)箱電源回路監(jiān)視

在機(jī)構(gòu)箱控制回路電源尾端，增加K5繼電器監(jiān)視電源回路，電源異常時(shí)向控制室發(fā)掉電信號(hào)。

4.2 改未儲(chǔ)能閉鎖合閘為已儲(chǔ)能時(shí)允許合閘

在儲(chǔ)能指示燈兩端并接K6用作機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能監(jiān)視，在機(jī)構(gòu)已儲(chǔ)能時(shí)動(dòng)作；用K6常開接點(diǎn)取代原K4常閉接點(diǎn)用作合閘閉鎖，徹底排除未儲(chǔ)能時(shí)發(fā)生合閘操作隱患，并用其1對(duì)常閉接點(diǎn)發(fā)未儲(chǔ)能信號(hào)。

4.3 增加密度繼電器信號(hào)接點(diǎn)

為防止K2，K3異常時(shí)，失出SF6氣壓監(jiān)視和操作閉鎖，在K2，K3的信號(hào)接點(diǎn)并接密度繼電器的另一組告警接點(diǎn)KD5-6和KD7-8，保證SF6告警信號(hào)不會(huì)因K2，K3或回路出現(xiàn)問題而失去監(jiān)視。改進(jìn)后，要求密度繼電器 KD具備有雙組接點(diǎn)輸出。

圖2 機(jī)構(gòu)箱改進(jìn)電路圖

5 結(jié)論與建議

目前多數(shù)斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)電源及控制回路與圖1所示類似，文中提出的問題具有普遍性。去機(jī)構(gòu)箱的正電源通常被等同為就地操作正電源，長(zhǎng)期以來對(duì)其完好性沒有引起足夠的重視，實(shí)際上，這類操作機(jī)構(gòu)的正電源除進(jìn)行斷路器就地操作外，還要完成儲(chǔ)能控制、壓力閉鎖控制、發(fā)信等重要功能，已成為控制回路的重要一環(huán)，必須對(duì)該電源進(jìn)行監(jiān)視。

斷路器機(jī)構(gòu)未儲(chǔ)能閉鎖回路，有的采用已儲(chǔ)能時(shí)控制元件動(dòng)作、接通合閘回路，也有的類似于本型斷路器電路，采用未儲(chǔ)能時(shí)控制元件動(dòng)作、斷開合閘回路。后者的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)能監(jiān)視繼電器只在未儲(chǔ)能時(shí)動(dòng)作，不會(huì)長(zhǎng)期帶電，有利于延長(zhǎng)使用壽命，缺點(diǎn)也已顯現(xiàn)，但為了最大限度保證設(shè)備安全運(yùn)行，宜采用前者。

而對(duì)于密度繼電器信號(hào)監(jiān)視回路，接點(diǎn)信號(hào)宜直接從密度繼電器本身取遠(yuǎn)方信號(hào)，不應(yīng)只取自斷路器機(jī)構(gòu)重動(dòng)中間，但大多數(shù)SF6密度繼電器均只提供1組接點(diǎn)，不能滿足文中要求，有待相關(guān)廠家進(jìn)行改進(jìn)。

〔1〕崔勇，王川，楊錦紅，等.高壓斷路器控制回路隱性故障檢修方法 〔J〕.高壓電器，2011，47(12):96-99.

〔2〕郭賢珊，李仲夫，陳軒恕.斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)參數(shù)的選擇 〔J〕.高壓電器，2002，38(1)，24-26.

TM76

B

1008-0198(2015)05-0060-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.05.018

鐘著輝 (1966)，男，高級(jí)技師，本科，從事繼電保護(hù)檢修工作。

2015-03-06 改回日期:2015-06-08