跳合閘線圈驅(qū)動回路繼電保護裝置的設(shè)計研究

國網(wǎng)安徽省電力有限公司阜陽供電公司 吳有中 趙德陽 賈麗娟 李 倩 王劉拴

文章圍繞跳合閘線圈驅(qū)動回路繼電保護裝置，考慮到運行過程中可能出現(xiàn)的一些故障，以解決問題為前提，對跳合閘線圈保護裝置進行了介紹，分析了裝置設(shè)計期間使用的技術(shù)特點與設(shè)計原則，從硬件和軟件兩個方面探討了如何設(shè)計該繼電保護裝置，最后通過實驗探究的方式介紹了跳合閘線圈故障的處理，目的在于規(guī)避跳合閘線圈運行故障。

跳合閘線圈是高壓斷路器中的分、合閘部分的核心部件，直接關(guān)系到電網(wǎng)安全運行。傳統(tǒng)繼電保護經(jīng)常會出現(xiàn)燒毀問題，其主要原因在于機械出現(xiàn)故障或者輔助開關(guān)位置不當?shù)龋粌H將事故范圍擴大，還影響了電力系統(tǒng)運行。所以，需要進行跳合閘線圈驅(qū)動回路繼電保護裝置設(shè)計，重點解決存在的諸多問題。

1 跳合閘線圈保護裝置

該分合閘線圈保護裝置（圖1）內(nèi)主要包括如下裝置：數(shù)據(jù)處理器、驅(qū)動電路、繼電器、霍爾直流電流傳感器、人機交互模塊、報警輸出模塊部分，其運行原理如下：（1）霍爾直流電流傳感器采集跳閘（合閘）保持回路內(nèi)直流電流并傳送給數(shù)據(jù)處理器；（2）數(shù)據(jù)處理器將采集到的數(shù)據(jù)進行分析保存，若跳閘（合閘）保持回路中的直流電流保持一定的時間以上時，數(shù)據(jù)處理器發(fā)出驅(qū)動信號；（3）驅(qū)動信號通過驅(qū)動電路使繼電器線圈帶電，常開節(jié)點閉合，常閉節(jié)點斷開；（4）跳閘（合閘）保持回路斷開，斷路器機構(gòu)里的分合閘線圈不再帶電。

圖1 跳合閘線圈驅(qū)動回路繼電保護裝置

2 技術(shù)特點與設(shè)計原則

2.1 技術(shù)特點

分合閘線圈保護裝置線圈驅(qū)動回路內(nèi)驅(qū)動電流信號狀態(tài)進行實時在線監(jiān)測，并且對有效線圈驅(qū)動電流信號展開計時操作，當已經(jīng)達到預(yù)定時間長度，這時再將驅(qū)動電流信號切除，以免線圈受損。驅(qū)動回路內(nèi)串聯(lián)繼電器是大容量常閉觸點，控制回路當中設(shè)置了防干擾措施，確保原分合閘線圈驅(qū)動回路電氣安全性。提供報警輸出模塊可以遠程傳輸分合閘線圈保護裝置工作狀態(tài)和動作狀態(tài)信息。

2.2 設(shè)計原則

跳合閘線圈驅(qū)動回路繼電保護裝置設(shè)計必須要遵循先進性、可靠性、產(chǎn)品易操作、維護簡便這幾點原則，將分合閘線圈由于故障導(dǎo)致長時間帶電損壞問題予以解決，并且抓住人機安全和可靠性這些要點，將其視為裝置設(shè)計開發(fā)方案設(shè)計的首要原則，確保裝置應(yīng)用的過程中，不會因為裝置使用導(dǎo)致分合閘線圈誤動拒動等問題。滿足以上要求之后，再制定可行的優(yōu)化方案，按照簡便性這一原則，結(jié)合裝置設(shè)計需求進行裝置整體功能設(shè)計，從而提高裝置運行效率。

3 跳合閘線圈驅(qū)動回路繼電保護裝置設(shè)計

本文分析的跳合閘線圈驅(qū)動回路繼電保護裝置，主要涉及到變電站中控制跳合閘線圈在跳合閘操作過程中，防止因為機械故障或者輔助開關(guān)位置不當?shù)戎T多原因，導(dǎo)致出現(xiàn)跳合閘線圈長時間帶電損壞問題的繼電保護裝置，具體設(shè)計如下：

3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

裝置的硬件系統(tǒng)主要是應(yīng)用TI高性能DSP TMS320C6713當作主CPU，霍爾電流傳感器負責(zé)測量直流電流，以歐姆龍繼電器發(fā)揮線圈回路保護繼電器。

3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

斷路器分合閘線圈驅(qū)動回路繼電保護裝置主要是通過跳合閘線圈直流測量，在相應(yīng)邏輯對分合閘線圈回路的基礎(chǔ)上完成保護，其核心功能是分（合）閘線圈定時限、反時限、分（合）閘線圈有流告警等。

3.2.1 分閘線圈定時限

該裝置主要是對分閘線圈電流值進行實時計算，如果分閘線圈電流超過了整定定值的80%，這時分閘線圈定時線段將會開始運行，直到滿足設(shè)定時間定值位置，裝置的出口將跳圈回路保護線圈斷開，而出口動作邏輯先將IGBT合上，再將繼電器、IGBT斷開。

3.2.2 分閘線圈反時限

該項公式中，T代表分閘線圈定時限時間定值，Ip則是分閘線圈反時限啟動電流，將軟件設(shè)置成線圈額定電流，I代表分閘線圈電流實測值。分閘線圈定時限與反時限這兩者可以直接組成分閘線圈保護，如果線圈電流與之前設(shè)置的額定電流相等，那么定時限與反時限動作時間則是一致的。如果因為分閘線圈電壓過高導(dǎo)致分閘線圈電流超過了額定電流，那么將會縮短分閘線圈反時限保護時間，對分閘線圈進行保護。分閘線圈定時限與反時限出口會協(xié)調(diào)配合，定時限動作過程中可以先對反時限動作進行合理判斷，檢查其是否已經(jīng)動作，若反時限已經(jīng)有了對應(yīng)的動作，那么這時定時限則只是發(fā)出動作報文。如果處于反時限動作狀態(tài)下，需要對定時限動作，若定時限已經(jīng)有動作，反時限同樣只是發(fā)出動作報文。

3.3 分閘線圈有流告警

如果分閘線圈已經(jīng)超過額定電流20%，會將分閘線圈定時線段的時間定值會延時處理，并且分閘線圈將會發(fā)出有流告警。

3.4 合閘線圈定時限

跳合閘線圈驅(qū)動回路繼電保護裝置對于合閘線圈電流值進行實時計算，如果合閘線圈電流已經(jīng)超過整定定值的80%，并且合閘線圈定時線段開始運行，滿足設(shè)置時間定值要求，那么該裝置的出口必須要將跳圈回路保護跳圈斷開。由出口動作邏輯將IGBT合上，再將繼電器和IGBT斷開。

3.5 合閘線圈反時限

合閘線圈定時限與反時限直接組成合閘線圈保護，如果線圈電流與設(shè)置的額定電流相等，定時限、反時限動作的時間也是一致的。如果因為合閘線圈故障等相關(guān)原因?qū)е潞祥l線圈電流超過額定電流，這時將會使合閘線圈反時限保護動作的運行時間縮短，對合閘線圈進行合理保護。

此外，合閘線圈定時限、反時限出口之間也會充分配合，一旦定時限動作，先對反時限動作進行判斷，關(guān)于這一點，與分閘線圈反時限相同。

3.6 合閘線圈有流告警

如果合閘線圈電流超過額定電流20%，這會將合閘線圈定時限段時間延長，同時合閘線圈發(fā)出有流告警。

4 跳合閘線圈特性實驗與結(jié)論

因為溫度這一物理量帶有一定的慣性，一旦線圈通電，往往溫度不會快速達到最大值，會緩慢升溫。線圈電阻也會在溫度因素的影響下出現(xiàn)改變，流經(jīng)線圈電流同樣會出現(xiàn)改變。按照溫度慣性與線圈電阻特征，可以制定完善的實驗方案。使線圈和可調(diào)直流穩(wěn)壓電源輸出相連接，同時線圈上增設(shè)測溫傳感器與電流檢測傳感器這兩種設(shè)備，將直流電源輸入電壓設(shè)置為220v，這時開始輸出并計時，將記錄的電流值記為I1，當滿足通電時間t0時，將電流值記錄為I2，隨即將電源切斷，這時記錄線圈可能達到的最大溫度值，記為T。

經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，如果通流時間為105s，這時線圈電流會驟然增加，隨即將線圈燒毀，且這時線圈溫度達到135℃。根據(jù)這一結(jié)果，建議設(shè)置保護定值，實施保護動作之后不能自動復(fù)歸，必須要由技術(shù)人員進行專業(yè)處理，隨后再手動復(fù)歸。

5 結(jié)束語

綜上所述，跳合閘線圈運行過程中極有可能因為機械故障等原因出現(xiàn)燒毀一類的問題，為了實現(xiàn)其安全運行，需要設(shè)計驅(qū)動回路繼電保護裝置。這就需要相關(guān)操作人員全面了解跳合閘線圈專業(yè)基礎(chǔ)與知識，做好裝置設(shè)計工作，選擇合適的裝置，最大程度的規(guī)避運行故障，從而提高其運行安全性與穩(wěn)定性。