一種斷路器跳閘跟隨器的研究

謝建鑫

摘 要：隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，推動著電力行業(yè)的迅速發(fā)展，對供電客戶的供電可靠性的要求也越來越高，斷路器是否能正確動作在很大程度上影響著供電可靠性。文章主要從背景、研究思路、原理等方面介紹了一種斷路器跳閘跟隨器的研究。

關鍵詞：跟隨器；單片機；繼電器

中圖分類號：TM76；TP74 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）08-0005-02

1 研究背景

變電站內(nèi)高壓斷路器是保證安全供電的重要設備，它不僅可以切斷和接通負荷電流，而且當系統(tǒng)發(fā)生故障時通過繼電器保護裝置可及時切斷過負荷電流和短路電流，防止事故擴大也保障著電力的安全穩(wěn)定運行。

對于220 V及以上電壓等級的斷路器，均采用雙重配置的雙分閘線圈，即采用了分別獨立的保護裝置和跳閘回路，兩個分閘線圈獨立操作，分閘可靠性高。對于110 kV及以下斷路器，目前在設計和運用上，因為投資和和配置考慮，均采用單套配置原則，為單個的跳閘線圈結構，這種配置單分閘線圈結構簡單，但安全性上遠不如雙重配置的設備可靠。因為運行環(huán)境原因，跳閘線圈在運行過程中，容易發(fā)生鐵芯卡澀、線圈接頭和導線接觸不良、以及輔助接點氧化等原因造成控制回路斷線的故障，這些故障導致斷路器分閘拒動，使系統(tǒng)發(fā)生故障時無法得到及時切除，進而引起越級跳閘等嚴重后果。

基于上述現(xiàn)狀，為提高單線圈斷路器分閘可靠性，解決因跳閘線圈問題引起的拒動問題勢在必行。

2 研究思路

在原跳閘回路并入跳閘跟隨裝置和另一組跳閘線圈，實現(xiàn)目前單分閘線圈斷路器的雙分閘線圈控制，以提高其分閘可靠性。當保護動作時，跳閘跟隨器通過斷路器輔助觸點判斷第一組跳閘線圈的工作情況，當?shù)谝唤M跳閘線圈無法正常工作時，經(jīng)過整定延時由跳閘跟隨裝置啟動第二組跳閘線圈，完成跳閘。如圖1所示。

3 跟隨器結構及原理

3.1 跟隨器的結構

跟隨器由主板及顯示板兩塊板組成，主要包括電源模塊、單片機、繼電器及外圍元器件，兩塊板則通過牛角插座連接，結構圖，如圖2所示。

3.2 跟隨器原理

原理圖，如圖2所示。

①上電檢測：電路上電開始初始化過程，此時電路開入1、開入2、開入3不能有任何輸入，即全部繼電器不動作。若上電時有任一異常開入，則3 s后單片機運行監(jiān)視紅燈常亮，程序鎖死，需按K1按鈕復位或直接重新上電。

②正常運行：裝置上電電路初始化結束，檢測無異常開入后，紅燈閃亮，同時繼電器J5動作，其常開接點閉合，當斷路器在合位時，跟跳回路運行監(jiān)視黃燈通過外電路接線接通常亮，表示跟跳回路正常。

③運行中當有開入1時，裝置經(jīng)整定延時后，J1至J4動作，開入斷開后，J3-J4保持動作，直至按下復歸按鈕或復位K3按鈕或裝置掉電同樣解除動作狀態(tài)。

④運行中當有開入2時，為外接急緊分閘開入，當外接緊急分閘時，跟跳裝置不經(jīng)延時判斷直接動作，開出結果同開入1。

⑤開入3外接跟跳裝置動作信號復歸按鈕。開入3接通時，J3、J4動作返回，解除閉合狀態(tài)。

⑥當跟跳裝置電源故障時，繼電器J5常閉接點動作，通過外接線將跟跳線圈與主分閘線圈并聯(lián)工作，實現(xiàn)直接跟跳功能。

⑦顯示板上按鈕K1，當K1接通時不僅可使J3、J4動作返回，同時可使J5動作返回，即單片機程序恢復初始狀態(tài)，自檢正常3 s后投入。

3.3 跟隨器各功能模塊介紹

3.3.1 電源模塊

跟隨器中的單片機、繼電器等都是有源元器件，均需工作電源，但其所需要的額定電壓比較小，因此跟跳器中需要配置電源模塊，如采用愛浦電子生產(chǎn)的型號為WD12-110S05B1的電源模塊，將輸入的DC 110 V電壓轉化為DC 5 V電壓輸出。

為保證電源模塊輸入端電壓及輸出端電壓的穩(wěn)定，在輸入端、輸出端配置了熔斷器、穩(wěn)壓二極管、熱敏電阻、電抗器及電容器等元件，提高抗干擾能力，增強了電壓的穩(wěn)定性。

3.3.2 單片機——跟跳邏輯信息處理模塊

單片機作為跳閘跟隨裝置的核心元件，用于裝置動作的邏輯判斷，實現(xiàn)跳閘跟隨裝置的全部功能。可采用STC生產(chǎn)的一種低耗能、高性型號為89C52RC單片機，擁有靈活的8位CUP和在系統(tǒng)可編程Flash，運行速度快，存儲空間大。

89C52RC單片機的P2.2、P3.6、P2.4引腳分別為無源電壓、有源電壓及緊急分閘的開入，當其任意一引腳有高電位開入時，才會使P2.5、P2.6引腳輸出控制分閘、閉鎖重合閘信號，進而控制分閘線圈二導通及閉鎖重合閘回路；單片機的P2.3引腳為信號復歸的開入，當有高電位開入時，使P2.7、P2.1引腳輸出控制繼電器J3、J4動作返回；單片機的P3.0、P3.1引腳為單片機程序讀寫端口。

3.3.3 繼電器——驅動模塊

跟隨器可配置了J1至J5五個繼電器，型號及廠家盡可能相同。

各繼電器均有一對常開接點和一對常閉接點組成，其功能分別為：J1是跟跳分閘功能；J2是閉鎖重合閘功能；J3是自保持作用；J4是自保持及發(fā)跟跳信號作用；J5是單片機自檢監(jiān)視、跟跳回路監(jiān)視及跟跳裝置電源故障時直接跟跳功能。

3.3.4 其他外圍元器件

①JP1、JP2雙選擇插座，根據(jù)功能選擇接入方向。

JP1為開入1的無源電壓和有源電壓的開入選擇，當保護裝置有備用開入空接點時，通過JP1短路帽選擇“1-2”接入5 V無源開入，當保護裝置沒有備用開入空接點時，通過JP1短路帽選擇“2-3”接入110 V有源開入。當開入1為110 V有源開入時，需經(jīng)EL357N（C）型的光電耦合器件作用，輸出滿足單片機要求的5 V開入，原理如下：

JP2為選擇跟跳裝置時間延時是否可調(diào)，其選擇方式如下圖，當JP2的短路帽接“2-3”時，可以通過K1和K2按鈕調(diào)整跟跳時間延時；當JP2的短路帽接“1-2，跟跳時間延時不可調(diào)整。在運行中，JP2短路帽應接“1-2”，避免運行人員誤修改已經(jīng)設置好的跟跳裝置的延時時間。

②K1、K2、K3 為按鈕，功能分別：K1是單片機程序復位，可使J3、J4動作返回，同時使J5動作返回單片機程序恢復初始狀態(tài)；K2是調(diào)整時間（+）；K3是調(diào)整時間（-）。

③數(shù)碼顯示屏顯示整定的延時跟跳時間，顯示范圍是0～9.99 s，時間調(diào)整的步長為0.01 s。

④燈1至燈3為指示燈，功能分別是：跟跳裝置動作信號燈（綠色）、單片機運行監(jiān)視燈（紅色）、跟跳回路運行監(jiān)視燈（黃色）。

⑤牛角插座是裝置主板與顯示板連接橋梁；插拔式端子是跟跳裝置與外部件連接橋梁。

4 結 語

本斷路器跳閘跟隨器以單片機為核心元件，C語言編程控制繼電器輸入輸出，并實現(xiàn)完成：帶延時整定的跳閘跟隨功能，跳閘跟隨動作時閉鎖重合閘功能，緊急時手動分閘功能，裝置軟件自檢，裝置分閘線圈通斷自檢及裝置電源故障時直接跟跳等八大功能。裝置可應用到所有單分閘線圈的斷路器中，成功解決斷路器長時間運行中易引起的拒動問題，此外裝置遠跳控制更可靠，尤其適合無人值班變電站，應用前景廣大。

參考文獻：

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