斷路器控制電源交叉設(shè)計(jì)的分析與改進(jìn)

劉博凱 郭健

摘要：以某220 kV升壓站為例，針對(duì)斷路器控制電源交叉的問題，對(duì)當(dāng)前控制回路進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法，可以確保一路控制電源失電或發(fā)生故障時(shí)，另外一路電源可以安全地跳開斷路器，及時(shí)切除故障點(diǎn)，達(dá)到防止故障范圍擴(kuò)大的目的。

關(guān)鍵詞：斷路器;控制電源交叉;設(shè)計(jì)缺陷;改進(jìn)

0 引言

斷路器是發(fā)生電力故障時(shí)電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)、電廠設(shè)備與電網(wǎng)用戶的重要隔離設(shè)備，而斷路器中的二次控制回路是保證斷路器安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分。斷路器控制通過電氣二次回路實(shí)現(xiàn)，斷路器的控制回路需滿足以下幾項(xiàng)基本要求：（1）既能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)跳閘、合閘，又能在繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置作用下自動(dòng)跳閘、合閘;（2）當(dāng)斷路器跳閘或合閘完成后，應(yīng)能自動(dòng)切斷跳閘或合閘回路，防止因通電時(shí)間過長(zhǎng)而燒壞線圈;（3）控制回路應(yīng)有指示斷路器跳閘與合閘的位置信號(hào)，而且能夠區(qū)分自動(dòng)跳閘、合閘與手動(dòng)跳閘、合閘的位置信號(hào);（4）有指示斷路器控制回路完好性的監(jiān)視信號(hào)。

目前，斷路器控制電源的典型設(shè)計(jì)有兩路直流電源，第一路控制電源供操作合閘及第一組跳閘線圈;第二路控制電源供操作合閘及第二組跳閘線圈。兩路電源分別取自兩段直流段，以滿足兩路電源之間相互獨(dú)立的要求。本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)某220 kV升壓站出現(xiàn)的線路開關(guān)兩路控制電源的交叉問題進(jìn)行了分析，并對(duì)相應(yīng)的控制回路提出了具體的改進(jìn)方案。

1 當(dāng)前控制回路設(shè)計(jì)

1.1 ? ?控制回路設(shè)計(jì)

該站為典型的220 kV雙母線運(yùn)行方式，站內(nèi)另有1號(hào)發(fā)電機(jī)組、2號(hào)發(fā)電機(jī)組、啟備變間隔、升壓站PT、母聯(lián)及2條出線7個(gè)高壓間隔。線路為負(fù)荷傳輸?shù)闹匾緩?，其設(shè)計(jì)有2套保護(hù)配置，第一套保護(hù)為深瑞PRS-753型線路保護(hù)，第二套保護(hù)為南瑞PCS-931A-G型線路保護(hù)，2套保護(hù)均配置獨(dú)立的操作箱。深瑞PRS-753型線路保護(hù)操作箱控制電源I，南瑞PCS-931A-G型線路保護(hù)操作箱控制電源II。

2套保護(hù)均設(shè)計(jì)有獨(dú)立的操作箱，在設(shè)計(jì)過程中，深瑞及南瑞2套操作箱均設(shè)計(jì)并運(yùn)用以下功能：

（1）遠(yuǎn)方合分閘功能，本站開關(guān)均實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程N(yùn)CS操作，由測(cè)控裝置發(fā)出合分閘指令，可以通過深瑞或南瑞操作箱實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方合分閘功能。

（2）保護(hù)跳閘功能，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)跳開負(fù)荷開關(guān)，切斷故障源。

（3）重新合閘功能，當(dāng)線路出現(xiàn)單相瞬時(shí)故障時(shí)，保護(hù)重合于故障相，在瞬時(shí)故障消失后，系統(tǒng)繼續(xù)安全運(yùn)行。

1.2 ? ?控制電源交叉的危害

在控制電源設(shè)計(jì)過程中，單純的指令并聯(lián)雖然能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方合閘、保護(hù)跳閘、重新合閘等基本功能，但使電源出現(xiàn)多余回路，導(dǎo)致本該獨(dú)立的控制電源出現(xiàn)交叉，失去各自獨(dú)立性。

國(guó)家能源局《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中規(guī)定：“斷路器的選型應(yīng)與保護(hù)雙重化配置相適應(yīng)，220 kV及以上斷路器必須具備雙跳閘線圈機(jī)構(gòu)，2套保護(hù)裝置的跳閘回路應(yīng)與斷路器的2個(gè)跳閘線圈分別對(duì)應(yīng)，與其他保護(hù)裝置、設(shè)備（如通道、失靈保護(hù)等）配合的回路應(yīng)遵循相互獨(dú)立且相互對(duì)應(yīng)的原則，防止因交叉停用導(dǎo)致雙套保護(hù)功能缺失?！?/p>

為此，當(dāng)2路控制電源失去獨(dú)立性工作時(shí)，線路開關(guān)可以正常運(yùn)行，并不會(huì)出現(xiàn)影響開關(guān)動(dòng)作的問題。但是，當(dāng)其中一路控制電源出現(xiàn)故障，可能將導(dǎo)致另外一路電源受其影響。線路在正常運(yùn)行出現(xiàn)瞬時(shí)單相故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)控制電源交叉問題，導(dǎo)致2路控制電源均出現(xiàn)故障，將使線路開關(guān)由于失去控制電源而無法正常動(dòng)作，對(duì)電廠及電網(wǎng)負(fù)荷產(chǎn)生較大影響。

因此，本文對(duì)設(shè)計(jì)原因?qū)е码p線圈以及2路控制回路失去獨(dú)立性的問題進(jìn)行具體的分析并進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

2 控制回路設(shè)計(jì)缺陷分析

以A相控制回路為例，深瑞操作箱接線圖如圖1所示，當(dāng)2個(gè)操作箱均實(shí)現(xiàn)合閘功能，該設(shè)計(jì)將保護(hù)II操作箱的合閘節(jié)點(diǎn)通過電纜接至保護(hù)I操作箱的合閘節(jié)點(diǎn)上，會(huì)使2路控制電源通過107A（第I套合閘）與207A（第II套合閘）并接，從而產(chǎn)生交叉聯(lián)系。

另外，此設(shè)計(jì)的跳閘監(jiān)視回路也通過并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。103A 2個(gè)操作箱并接，也會(huì)出現(xiàn)第一路操作電源與第二路操作電源交叉的后果，從而失去了2路電源的獨(dú)立性。

因此，與之相關(guān)的合閘回路、監(jiān)視回路及重合閘回路均存在控制回路交叉的問題，需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，使2路控制電源可以獨(dú)立運(yùn)行，從而消除隱患。

3 控制回路的改進(jìn)方法

3.1 ? ?合閘回路的改進(jìn)

當(dāng)前開關(guān)的合閘線圈只有1個(gè)，設(shè)計(jì)2路控制電源沒有必要且多余，合閘回路的簡(jiǎn)單并聯(lián)，使控制回路交叉，而正常的NCS合閘只需要1路就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方合閘功能。

因此，將保護(hù)II并聯(lián)至保護(hù)I的合閘回路，取消107A、107B、107C回路，留存保護(hù)I操作箱的合閘回路至斷路器就地機(jī)構(gòu)，同時(shí)取消NCS設(shè)計(jì)的保護(hù)II操作箱的合閘回路，從而解除因合閘回路造成的控制電源交叉問題。

取消保護(hù)II操作箱的合閘回路，將會(huì)出現(xiàn)該保護(hù)失去重合閘功能，所以還需對(duì)重合閘回路進(jìn)行改進(jìn)。

3.2 ? ?跳閘監(jiān)視回路的改進(jìn)

與合閘回路存在的問題類似，導(dǎo)致2路控制電源交叉的原因是2個(gè)回路簡(jiǎn)單并聯(lián)。直接的解決辦法是將保護(hù)II操作箱并聯(lián)至保護(hù)I操作箱，取消107A、107B、107C回路，通過保護(hù)I操作箱的A相跳閘位置節(jié)點(diǎn)015A，B相跳閘位置節(jié)點(diǎn)015B，C相跳閘位置節(jié)點(diǎn)015C接入保護(hù)II屏操作箱位置開入位置，從而達(dá)到回路監(jiān)視的目的。相比之前設(shè)計(jì)的監(jiān)視回路并聯(lián)，改進(jìn)后的監(jiān)視回路既實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制回路的監(jiān)視，又保證了2路控制電源的獨(dú)立性。

3.3 ? ?重合閘回路的改進(jìn)

通常220 kV線路均為雙套保護(hù)機(jī)制，2套保護(hù)只設(shè)置1個(gè)操作箱，就可以實(shí)現(xiàn)所有功能。本站2套保護(hù)均配置了單獨(dú)的操作箱，取消及改造了部分回路，保護(hù)II操作箱合閘回路已取消，導(dǎo)致其重合閘功能不能正常實(shí)現(xiàn)，這需要通過改進(jìn)回路來重新完善保護(hù)II操作箱的重合閘功能。

為了減少冗余回路，取消保護(hù)II操作箱重合閘出口回路，重合閘出口改接至保護(hù)I操作箱重合閘開入位置，當(dāng)保護(hù)II單相接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)，通過保護(hù)I操作箱回路啟動(dòng)重合閘。

本文通過對(duì)NCS分合閘回路、監(jiān)視回路以及重合閘回路的改進(jìn)，使得2套保護(hù)操作箱控制回路完全分開獨(dú)立，第一路電源控制合閘線圈以及第一組跳閘線圈，第二路電源控制第二組跳閘線圈，解決了控制電源交叉的問題，使得斷路器的遠(yuǎn)方操作功能完備，保護(hù)功能也能正常實(shí)現(xiàn)，并符合國(guó)家能源局《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的規(guī)定，提升了升壓站以及站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行的安全性。

4 結(jié)語

無論在變電站還是電廠，斷路器都具有舉足輕重的作用，對(duì)斷路器二次控制回路進(jìn)行分析與研究非常有必要。本文通過對(duì)2套線路保護(hù)操作箱的功能以及控制回路進(jìn)行分析，將原本設(shè)計(jì)交叉的2路控制電源獨(dú)立出來，保證了其正常功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)斷路器的控制、電源交叉問題提出了改進(jìn)建議，對(duì)處理類似問題具有一定的借鑒意義。

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收稿日期：2020-09-02

作者簡(jiǎn)介：劉博凱（1988—），男，陜西西安人，工程師，研究方向：繼電保護(hù)。