高壓斷路器分合閘回路改進的討論

朱卓玲

0 引言

我縣電網系統現有的35 kV等級的變電站均為無人值守綜合自動化變電站，由于變電站內高壓斷路器的操作機構大部分仍為老式的彈簧操作機構，經常出現斷路器分閘線圈或合閘線圈燒毀的故障。由于我縣地處偏遠山區，城鎮到各變電站的路程較遠，往往在故障處理人員到達現場后，開關機構內的線圈已經燒得面目全非，甚至是已經起火導致故障擴大化。因而對現有分合閘回路進行分析并加以改進以避免類似事件的發生非常有必要。

1 分合閘線圈燒毀原因分析

根據綜合自動化變電站的相關設計要求，站內高壓斷路器分閘、合閘控制回路都設計有自保持回路，以保證高壓系統正常運行。

圖1為綜合自動化變電站分合閘回路的典型原理接線圖，圖中虛線框表示斷路器就地操作機構箱，DBL（NC）為斷路器氣體繼電器常閉輔助觸點，CK（NO）為斷路器儲能機構行程繼電器輔助觸點。斷路器氣壓正常、彈簧儲能完成時，輔助觸點DBL（NC）和CK（NO）均為導通狀態，此時斷路器能正常操作。當斷路器處于分閘狀態下，合閘指令觸點接通時，HBJ繼電帶電器動作，HBJ觸點閉合，將正電壓引入合閘回路形成一個自保持回路，如斷路器拒合或者斷路器輔助觸點動作不正常，導致斷路器常閉輔助觸點DL（NC）無法斷開，合閘線圈HQ將一直帶電并有電流通過。當斷路器處于合閘狀態下，跳閘指令觸點接通時，STJ繼電器帶電動作，STJ觸點閉合，TBJA繼電器帶電動作，TBJA觸點閉合，將正電壓引入分閘回路形成自保持回路，此時如斷路器常開輔助觸點DL（NO）因故障未斷開，也會使斷路器跳閘線圈TQ一直帶電且有電流通過。

圖1 分合閘回路原理示意圖

由于受到高壓斷路器尺寸大小的限制，其內部元件的尺寸都比較小，因此分閘線圈、合閘線圈的尺寸和線徑都比較小，導致其額定電流很小。斷路器的分、合閘機構需要較大的力量才能動作，而這樣大電磁力需要線圈通過遠大于其自身額定值的電流才能產生。在這種無法增加線圈尺寸或線徑大小的情況下，考慮到分合閘動作的可靠性和快速性，這些線圈只能按照“短時間通過大電流”的原理來設計。如因某些原因造成分閘線圈或者合閘線圈長時間通過大電流，將使得線圈過熱而燒毀。

2 改進建議

鑒于以上原因，應當對斷路器的分閘回路和合閘回路進行必要的改進，避免在斷路器操作機構拒動或者輔助觸點動作不正確時，分閘線圈、合閘線圈長期帶電而燒毀線圈。由于已完成自動化改造的變電站中的綜合保護裝置沒有擴展功能且沒有自由編程的控制回路，無法在保護裝置中實現合閘通電時間的控制，故采取在原有控制回路基礎上加裝時間繼電器方法，依靠時間繼電器的動作來影響出口中間繼電器以達到控制整個分、合閘線圈回路的目的。

2.1 方式1：就地安裝時間繼電器方式

就地安裝是指在斷路器操作機構箱中（就地）安裝時間繼電器，而時間繼電器的就地安裝又有并聯安裝方式（圖2）和串聯安裝方式（圖3），示意圖中元件處于虛線框內的表示該元件安裝于斷路器就地操作機構箱內。

圖2 繼電器就地并聯安裝原理示意圖

圖3 繼電器就地串聯安裝原理示意圖

串聯模式和并聯模式的區別僅在于時間繼電器的安裝方式的不同，時間繼電器輔助觸點的選擇和安裝方式是一樣的。并聯安裝方式中時間繼電器的分流作用會降低通過合閘線圈的電流；串聯安裝方式因串入了線圈電阻會降低合閘回路的電流，因此無論采取哪種方式都要經過相應的計算來決定使用什么型號的時間繼電器才能不影響合閘線圈的正常工作效果。

原理圖中時間繼電器SJ1和SJ2的時間設置要長于斷路器的正常合閘時間，具體時間可根據現場實際測定的分合閘時間來確定。根據原理圖可看出：當發出合閘指令時，合閘回路導通時間繼電器SJ1并計時，如斷路器正常合閘使得斷路器的常閉輔助觸點DL（NC）在時間繼電器SJ1動作之前先動作斷開，則SJ1停止計時。如果由于某些原因使得DL（NC）不能及時斷開，超過SJ1設置的時間后，合閘回路依然導通，則時間繼電器的延時動作常閉輔助觸點SJ1（NC）動作將合閘回路斷開，使合閘繼電器HQ斷電，從而避免合閘線圈長時間通電而燒毀。

分閘回路的工作原理相同，當分閘回路因某些原因不能及時斷開時，時間繼電器SJ2的延時動作常閉輔助觸點SJ2（NC）將動作斷開分閘回路的電源，從而保護分閘線圈TQ。

但是在實際應用中，由于現有的開關機構在合閘時，彈簧的動作會造成整個機構震動，這可能會使得安裝在機構箱內或附近的時間繼電器在短時間內劇烈抖動，從而影響時間繼電器及其輔助觸點動作的可靠性。

2.2 方式2：遠方安裝時間繼電器方式

遠方安裝是指在斷路器相關的保護屏中安裝時間繼電器，安裝方式如圖4所示。

該安裝方式的工作原理與就地安裝方式的工作原理相同，但是因為繼電器安裝在綜合保護屏，從而避免了繼電器安裝在就地所存在的干擾問題。

以上2種方案都能解決分合閘線圈燒毀的問題，但是通過對比，在安裝條件允許的情況下，建議選取繼電器遠方安裝的方式，使得整個控制回路更加可靠。

3 結語

圖4 繼電器遠方安裝方式原理示意圖

斷路器控制回路中的分、合閘線圈燒毀是變電運行工作中比較常見的故障，而現有設計的控制回路有可能導致此類故障擴大化，這將導致用電客戶大面積、長時間的停電。這與目前電網容量不斷擴大、社會對電網安全可靠運行日趨嚴格的要求是不相符的。根據具體情況進行具體分析，并采取相應的措施進行改進，確保高壓配電系統安全可靠運行具有重要意義。

此外，通過與綜合自動化保護裝置生產廠家的溝通，將線圈的保護回路集成到微機保護裝置中，這能大大提高整個回路的工作可靠性。

［1］廖自強，余正海.變電運行事故分析及處理［M］.中國電力出版社，2004

［2］王志中.對高壓斷路器跳（合）閘回路監視的探討［J］.電力建設，1996（3）

［3］李均甫，張健能，任雪濤.淺談變電站直流系統運行維護的幾個問題［J］.繼電器，2004（9）

［4］胡建強.10 kV斷路器分合閘線圈燒毀原因分析及防止措施［J］.電器開關，1997（3）