高壓斷路器跳閘控制回路改進(jìn)

連　杰，何麗賢

(1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司安康水力發(fā)電公司，陜西省安康市　725000；2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司安康供電公司，陜西省安康市　725000)

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高壓斷路器跳閘控制回路改進(jìn)

連杰1，何麗賢2

(1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司安康水力發(fā)電公司，陜西省安康市725000；2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司安康供電公司，陜西省安康市725000)

摘要：介紹了LY-33型斷路器操作箱原理與接線，分析了第一路控制電源失電事件發(fā)生原因、后果及處理過(guò)程，提出了解決方法與措施。

關(guān)鍵詞：斷路器；控制回路斷線；電源消失；跳閘；措施

0前言

高壓斷路器是電力系統(tǒng)用來(lái)分配電能、切除故障的重要電氣設(shè)備。通過(guò)高壓斷路器，不僅能夠接通或斷開高壓電路中的負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)繼電保護(hù)裝置發(fā)出的跳閘指令，可以快速斷開電路，隔離故障。因此，確保高壓斷路器跳閘控制回路的正確、可靠，是保障電力系統(tǒng)設(shè)備安全的重要因素[1]。

1斷路器操作箱工作原理

安康水力發(fā)電廠是20世紀(jì)90年代初期投產(chǎn)發(fā)電的大中型水電站，4臺(tái)單機(jī)容量為200 MW的發(fā)電機(jī)分別與4臺(tái)主變構(gòu)成單元接線。330 kV系統(tǒng)共有3條高壓輸電線路。安康水電廠電氣一次主接線見圖1。其中3號(hào)發(fā)電機(jī)變壓器組3FB配置的繼電保護(hù)設(shè)備是2009年初改造更換的保護(hù)裝置，電氣量保護(hù)采用A柜、B柜雙重化配置，每柜各配置1套DGT-801B裝置，C柜配置1套DGT-801E非電量保護(hù)裝置。3號(hào)發(fā)變組出口斷路器3303的操作箱也安裝在C柜，裝置型號(hào)為L(zhǎng)Y-33。

圖1　電氣一次主接線示意圖

LY-33型斷路器操作箱是用于220 kV及以上電壓等級(jí)分相雙跳閘線圈斷路器的操作箱，如圖2所示。該操作箱的2組分相跳閘回路具有各自獨(dú)立的直流電源，其中，合閘回路和第1組跳閘回路接第1路直流電源(電源Ⅰ)；第2組跳閘回路接第2路直流電源(電源Ⅱ)；對(duì)一些重要的公共回路或繼電器，裝置還提供1路公共電源，它是由電源Ⅰ和電源Ⅱ經(jīng)過(guò)切換后得到。電源Ⅰ和電源Ⅱ的監(jiān)視由電源監(jiān)視繼電器2JJ1、2JJ2承擔(dān)，繼電器2JJ1、2JJ2分別送出接點(diǎn)至中央信號(hào)，同時(shí)，操作箱面板上有分別指示電源Ⅰ、電源Ⅱ的指示燈。直流電源的切換由繼電器2JJ3來(lái)完成。當(dāng)電源Ⅰ正常時(shí)，2JJ3線圈勵(lì)磁，通過(guò)切換接點(diǎn)將電源Ⅰ提供給公共電源母線，當(dāng)電源Ⅰ失電時(shí)，2JJ3線圈釋放，通過(guò)切換接點(diǎn)將電源Ⅱ提供給公共電源母線。

圖2　雙跳閘線圈斷路器的操作箱圖

LY-33型斷路器操作箱外接手動(dòng)跳閘接點(diǎn)(遠(yuǎn)方跳閘操作，例如監(jiān)控跳閘令)通過(guò)電源Ⅰ，于9X19端子接入，去啟動(dòng)手跳繼電器3～8STJ線圈， 3～8STJ的6對(duì)常開接點(diǎn)分別再啟動(dòng)斷路器A、B和C相的2組跳閘線圈，完成斷路器的三相跳閘。

而3FB保護(hù)裝置啟動(dòng)跳閘回路，一般是A柜保護(hù)通過(guò)操作箱電源Ⅰ，于9X21端子接入去啟動(dòng)保護(hù)Ⅰ跳繼電器6～8BTJ線圈，6～8BTJ的常開接點(diǎn)分別啟動(dòng)A、B和C相斷路器的Ⅰ跳回路；B柜保護(hù)通過(guò)操作箱電源Ⅱ，于9X22端子接入去啟動(dòng)保護(hù)Ⅱ跳繼電器3～5BTJ線圈，3～5BTJ的常開接點(diǎn)分別啟動(dòng)A、B和C相斷路器的Ⅱ跳回路。

2事件經(jīng)過(guò)

2014年7月20日，安康水電廠330 kV系統(tǒng)、110 kV系統(tǒng)均按雙母固定方式運(yùn)行，1～4號(hào)機(jī)組全部處于事故備用狀態(tài)。14:20，中控室接到西北網(wǎng)調(diào)指令要求立即開1臺(tái)機(jī)組。運(yùn)行值長(zhǎng)立即指揮值班員開3號(hào)機(jī)組3F，14:23，3F自動(dòng)開機(jī)，自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)成功，帶負(fù)荷100.0 MW，3FB系統(tǒng)掛在330 kVⅠ母運(yùn)行。然而3FB出口斷路器3303合閘并網(wǎng)后，監(jiān)控報(bào)警“3303斷路器控制回路Ⅰ斷線”?，F(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)3303斷路器操作電源空開全部投入、斷路器3303實(shí)際位置已經(jīng)在合閘狀態(tài)；檢查3303操作箱上“電源Ⅰ”、“Ⅰ母運(yùn)行”、開關(guān)三相合閘位置指示燈均不亮，“電源Ⅱ”指示燈正常點(diǎn)亮。

因3號(hào)發(fā)變組高壓斷路器控制回路出現(xiàn)的異常情況，運(yùn)行值長(zhǎng)向網(wǎng)調(diào)申請(qǐng)開另一臺(tái)備用機(jī)組，停3F機(jī)組。15:30，運(yùn)行值班人員將3F有功、無(wú)功負(fù)荷倒空后，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)給3303發(fā)出跳閘指令，此時(shí)高壓斷路器3303拒跳。運(yùn)行值班人員應(yīng)急處理，采取拉合3303操作箱直流電源空開、拉合3303現(xiàn)地匯控柜直流控制電源小空開的方法都無(wú)效。運(yùn)行值長(zhǎng)將情況匯報(bào)網(wǎng)調(diào)值班員，要求用拉開母聯(lián)斷路器3300的方法來(lái)將3FB系統(tǒng)與電網(wǎng)隔離，具體方法就是將330 kV的Ⅰ母上除3303斷路器以外的所有運(yùn)行支路的刀閘切換至Ⅱ母運(yùn)行，通過(guò)將母聯(lián)斷路器3300跳閘并轉(zhuǎn)至冷備用狀態(tài)，來(lái)隔離3FB系統(tǒng)。上述操作執(zhí)行完畢后，將斷路器3303操作方式切至現(xiàn)地方式，通過(guò)現(xiàn)地操作把手仍無(wú)法跳開斷路器3303。經(jīng)網(wǎng)調(diào)同意，再拉開3303母?jìng)?cè)隔離刀閘，完成3303與電網(wǎng)系統(tǒng)的隔離后，330 kV母線倒至正常運(yùn)行方式。此時(shí)由有關(guān)檢修人員對(duì)斷路器3303控制回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器3303現(xiàn)地匯控柜內(nèi)第1路控制電源的小空開MCB1進(jìn)線端子處的正電源導(dǎo)線接觸不良，將導(dǎo)線重新壓接牢固后，斷路器3303操作箱上的各種信號(hào)指示燈恢復(fù)正常顯示，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，確定3303現(xiàn)地、遠(yuǎn)方分合閘全部恢復(fù)正常。19:45，匯報(bào)省調(diào)和網(wǎng)調(diào)值班員，安康水電廠3303斷路器控制回路缺陷處理完畢，可以恢復(fù)運(yùn)行。

3事件分析

3.1故障的基本原因：“電源Ⅰ”失電

斷路器3303的2路控制電源分別取自直流負(fù)荷盤4FP中的220 V直流Ⅰ、Ⅱ段母線，分別經(jīng)4FP盤中的直流小空開1ZK、2ZK，通過(guò)控制電纜送到3303現(xiàn)地匯控柜，再經(jīng)柜內(nèi)直流空開MCB1、MCB2提供給3303控制回路及3303斷路器操作箱的兩路電源。

由于3303現(xiàn)地匯控柜內(nèi)第1路控制電源的小空開MCB1進(jìn)線端子處發(fā)生了導(dǎo)線接觸不良現(xiàn)象，導(dǎo)致LY-33操作箱中的第1路直流電源“電源Ⅰ”失電，則斷路器3303合閘回路、手跳啟動(dòng)回路、第1跳閘回路都不能正常工作，造成3F自動(dòng)停機(jī)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出跳閘指令后斷路器3303拒跳、3303操作箱上“電源Ⅰ”、“Ⅰ母運(yùn)”、開關(guān)三相合閘位置指示燈均不亮的現(xiàn)象。而斷路器3303現(xiàn)地操作回路中，現(xiàn)地跳合閘操作把手的3對(duì)合閘接點(diǎn)、3對(duì)跳閘接點(diǎn)都接在3303現(xiàn)地匯控柜內(nèi)第1路控制電源回路，因而通過(guò)3303現(xiàn)地操作把手也無(wú)法完成跳閘。但是有一點(diǎn)可以肯定，3FB并網(wǎng)時(shí)，斷路器3303成功合閘，說(shuō)明當(dāng)時(shí)第1路直流電源還是正常的，第1路直流電源失電發(fā)生在3FB并網(wǎng)合閘之后。

3.2發(fā)生控制電源失電的原因

水電站獨(dú)特的地理環(huán)境因素決定了安康水力發(fā)電廠363 kV GIS設(shè)備需安裝在樓板上，斷路器正常操作的剩余能量不能像直接安裝在地基上那樣被大地有效吸收，在高壓斷路器分、合閘時(shí)引起設(shè)備震動(dòng)幅值和時(shí)間異常增加，另外，安康水電廠承擔(dān)著電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相和緊急事故備用等任務(wù)，發(fā)電機(jī)組開停機(jī)十分頻繁，所以出口斷路器分、合閘頻繁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年4—12月份僅3號(hào)發(fā)變組出口斷路器3303的分、合次數(shù)就多達(dá)200多次，斷路器頻繁分、合閘容易因震動(dòng)造成鄰近設(shè)備緊固件松動(dòng)。3303現(xiàn)地匯控柜離斷路器機(jī)構(gòu)距離較近，如果盤頂電源小空開上的壓線螺絲本身上得不夠緊，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期震動(dòng)，就會(huì)引起導(dǎo)線接觸不良現(xiàn)象。

3.3對(duì)運(yùn)行值班人員設(shè)備異常處理評(píng)價(jià)

斷路器3303第1路控制電源失電后，運(yùn)行值長(zhǎng)立即聯(lián)系網(wǎng)調(diào)，準(zhǔn)備換開一臺(tái)備用機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。發(fā)現(xiàn)經(jīng)監(jiān)控停機(jī)流程發(fā)出跳閘指令后斷路器3303拒跳，值班人員擔(dān)心如果此時(shí)3FB系統(tǒng)發(fā)生故障，即使3FB繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作，如果斷路器3303仍拒跳，電網(wǎng)系統(tǒng)將無(wú)法隔離故障，將給整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)造成嚴(yán)重后果。因此要求將330 kV的Ⅰ母上除3FB單元以外的所有運(yùn)行元件全部切換至Ⅱ母運(yùn)行，通過(guò)跳開母聯(lián)斷路器3300將330 kV的Ⅰ母上的3FB單元與電網(wǎng)系統(tǒng)隔離。

雖然從圖2中可以看出來(lái)，斷路器3303第1路控制電源失電后，此時(shí)即使3FB系統(tǒng)發(fā)生故障，3FB的B柜保護(hù)裝置動(dòng)作后仍能啟動(dòng)保護(hù)跳閘繼電器3-5BTJ出口，但在當(dāng)時(shí)故障原因不明的情況下，為確保系統(tǒng)安全，盡快將3FB單元與運(yùn)行中的電網(wǎng)系統(tǒng)隔離是比較穩(wěn)妥安全的方法。

電力系統(tǒng)任何時(shí)候發(fā)生斷路器拒跳閘情況都會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)榇藭r(shí)相關(guān)電氣設(shè)備如果再發(fā)生故障，運(yùn)行系統(tǒng)可能無(wú)法隔離故障。此案例中，運(yùn)行值班員將330 kV雙母線上除3FB以外的所有運(yùn)行設(shè)備都切換至Ⅱ母運(yùn)行，通過(guò)跳開母聯(lián)斷路器3300，將3FB系統(tǒng)與330 kV電網(wǎng)隔離。這樣的話即使3FB系統(tǒng)發(fā)生故障，也不會(huì)危及整個(gè)330 kV系統(tǒng)。但同時(shí)又出現(xiàn)另外一個(gè)問(wèn)題，假如此時(shí)330 kV Ⅱ母上任何元件再發(fā)生故障，由于所有運(yùn)行設(shè)備都掛在Ⅱ母，330 kV母線保護(hù)將會(huì)動(dòng)作，將安康水電廠所有330 kV運(yùn)行設(shè)備全部切除，將會(huì)擴(kuò)大事故停電范圍。

4改進(jìn)的措施與方法

針對(duì)330 kV斷路器第1路控制電源失電后會(huì)出現(xiàn)斷路器拒跳的缺陷，有下列幾種解決方法。

(1) 方法1。將手跳繼電器啟動(dòng)回路接在操作箱公共電源。從圖2可以看出，LY-33操作箱中，安康水電廠通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)跳閘令去啟動(dòng)手跳繼電器3～8STJ， 3～8STJ被啟動(dòng)后，用6～8STJ的動(dòng)合接點(diǎn)通過(guò)第1路控制電源去啟動(dòng)該斷路器第1跳閘回路，用3～5STJ的動(dòng)合接點(diǎn)通過(guò)第2路控制電源去啟動(dòng)該斷路器第2跳閘回路。而手跳繼電器3～8STJ的啟動(dòng)線圈接在電源Ⅰ，只要電源Ⅰ失電，3～8STJ就無(wú)法啟動(dòng)。手跳繼電器啟動(dòng)線圈改造前如圖3所示。進(jìn)行如圖4所示的改進(jìn)后，2路控制電源中只要有1路電源正常，公共電源就有正常電壓，手跳繼電器3～8STJ的啟動(dòng)線圈就可被啟動(dòng)，2組跳閘回路就至少有1組能完全執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的跳閘令。

圖3　手跳斷電器啟動(dòng)線圈改造前圖

圖4　手跳斷電器啟動(dòng)線圈改接到公共電源圖

(2) 方法2。手跳繼電器啟動(dòng)線圈分為兩路,分別接在兩路控制電源回路中，即6～8STJ的啟動(dòng)線圈、動(dòng)合接點(diǎn)均使用第1路控制電源，3～5STJ的啟動(dòng)線圈、動(dòng)合接點(diǎn)均使用第2路控制電源，如圖5。這種方法需要監(jiān)控系統(tǒng)跳閘令能提供兩對(duì)獨(dú)立的跳閘出口空接點(diǎn)。

圖5　手跳斷電器啟動(dòng)線圈改接到2路電源中圖

(3) 方法3。選擇合適的斷路器現(xiàn)地操作把手，把該操作把手的接點(diǎn)同時(shí)接入兩組跳閘回路中。斷路器3303現(xiàn)地操作把手實(shí)際選用的型號(hào)是LW5-15B0653型，共有9對(duì)接點(diǎn)(接點(diǎn)形式見表1)，3對(duì)接點(diǎn)用于三相合閘，6對(duì)接點(diǎn)可用于三相跳閘。而實(shí)際接線只將3對(duì)跳閘接點(diǎn)接入了斷路器第1跳閘回路，另外3對(duì)跳閘接點(diǎn)未使用?？梢詫?對(duì)跳閘接點(diǎn)分兩組，分別接入斷路器兩路跳閘回路中，只需現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)維護(hù)人員在斷路器現(xiàn)地匯控柜內(nèi)增加二次配線即可完成。改后當(dāng)需要通過(guò)該操作把手現(xiàn)地跳開斷路器3303時(shí)，將該操作把手向左切換45°，則第1跳閘回路和第2跳閘回路同時(shí)啟動(dòng)。兩路控制電源中只要有1路電源正常，斷路器3303就會(huì)被跳開。

表1　LW5-15B0653型操作把手接點(diǎn)動(dòng)作圖表

對(duì)于上述前2種方法，都需要在操作箱電路板上進(jìn)行改線。最好是設(shè)備訂貨前提出技術(shù)要求，讓操作箱生產(chǎn)廠家在設(shè)備出廠前改好。而安康水電廠3號(hào)發(fā)變組高壓斷路器控制回路屬于已投運(yùn)設(shè)備，經(jīng)技術(shù)管理部門批準(zhǔn)后采用第3種方法對(duì)斷路器3303跳閘回路進(jìn)行改進(jìn):將斷路器現(xiàn)地操作把手備用跳閘接點(diǎn)接入斷路器第2路跳閘回路中。改后經(jīng)試驗(yàn)證明，不但兩路控制電源正常的情況下，通過(guò)現(xiàn)地操作把手能夠使斷路器正常跳、合閘，而且在只有1路控制電源正常的情況下，通過(guò)現(xiàn)地操作把手也能夠百分之百地完成斷路器跳閘操作。確保了斷路器3303跳閘控制回路的正確性與可靠性。

5結(jié)語(yǔ)

高壓斷路器操作控制回路是繼電保護(hù)和自動(dòng)化控制過(guò)程的最后執(zhí)行環(huán)節(jié)，對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行影響很大。因此，電力系統(tǒng)對(duì)斷路器操作控制回路的設(shè)計(jì)、施工都非常重視。為防止控制電源故障而影響斷路器操作控制回路可靠工作，330 kV電壓等級(jí)的斷路器，都采用2套相互獨(dú)立的直流控制電源?！秶?guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》還專門規(guī)定，有2組跳閘線圈的斷路器，其每一跳閘回路應(yīng)分別由專用的直流熔斷器或自動(dòng)開關(guān)供電。然而，無(wú)論何種原因造成任意一套直流電源失電，另一套直流電源應(yīng)能確保該斷路器還能可靠操作。這一點(diǎn)必須引起有關(guān)設(shè)計(jì)和施工驗(yàn)收人員的注意。

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Improvement of Control Circuit for HV Breaker Tripping

LIAN Jie1, HE Lixian2

(1. Ankang Hydropower Plant, Shaanxi Electric Power Company, State Grid, Ankang City, Shaanxi725000,China; 2. Ankang Power Supply Company, Shaanxi Electric Power Company, State Grid, Ankang City, Shaanxi725000,China)

Abstract:Principle and connection of the operation cabinet of the breaker Model LY-33 are introduced. Cause, result and handling course of the occurrence of the power failure of the first control circuit are analyzed, solution and measures are provided as well.

Key words:breaker. line breaking of control circuit; power failure; tripping; measure

中圖分類號(hào)：TV734

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.020

作者簡(jiǎn)介：連杰(1969- ),男,陜西省安康市人，工程師，高級(jí)技師，主要從事繼電保護(hù)檢修工作.

收稿日期：2015-10-29

文章編號(hào)：1006—2610(2016)01—0076—04