斷路器分合閘線圈狀態檢測及保護系統探究

汪 洋

（國網蕪湖供電公司，蕪湖,241100）

斷路器分合閘線圈狀態檢測及保護系統探究

汪 洋

（國網蕪湖供電公司，蕪湖,241100）

設計了一種斷路器分合閘線圈狀態檢測及保護系統，該系統通過監測及記錄每次斷路器分合的狀態，在跳合閘過程中，有效保護由于種種原因導致跳合閘線圈拒動時的跳合閘線圈。通過霍爾傳感器測量分合閘線圈回路的直流電流，根據采集到的直流電流大小計算分合閘線圈的發熱量，設定達到線圈發熱的極限值，通過電力電子元件器IGBT和繼電器組合的回路來分開分合閘線圈回路，達到保護分合閘線圈功能。實際應用表明，該系統運行穩定，較好地實現了斷路器分合閘線圈狀態檢測及保護。

斷路器；分合閘線圈；狀態檢測；保護

0 引言

電力系統運行中經常發生跳合閘線圈燒毀事故。眾所周知，跳合閘線圈都是按照短時通電設計的。跳合閘線圈的燒毀、主要是由于跳、合閘線圈回路的電流不能正常切斷，導致跳合閘線圈長時間通電而造成的。作為電力系統中重要的電氣元件，在電力系統發生故障時，斷路器接受繼電保護及自動裝置的跳閘命令，并且要求其以毫秒級的速度去執行跳閘動作，以避免事故的蔓延和擴大。因此，要求斷路器在投運中能隨時處于待命狀態，且可以做到令行禁止。尤其不允許出現有跳閘命令時，斷路器拒絕跳閘的現象。

在電力系統的中低壓變電站中，還有大量的電磁操作機構斷路器在運行。實踐證明，這類斷路器的操作機構穩定性較差。操作過程中，時有拒分拒合或輔助觸點斷不開的故障發生。在常規的有人值班變店站中，人工操作斷路器，當出現上述故障時，可由控制開關KK或者及時斷開該路控制電源，人工切斷操作電流。因此，燒毀分合閘線圈的故障較少。即使目前已大量采用的彈簧儲能操作機構的斷路器，特別在調試、檢修中，也多次發生在機械閉鎖狀態下錯誤進行電動操作而燒線圈的事。

為此，本文針對跳合閘線圈燒毀的問題，針對性地提出一種新的跳合閘線圈監測及保護裝置，以解決上述問題。

1 系統硬件體系設計

硬件體系設計如圖1所示。裝置采用TI的高性能DSP TMS320C6713 作為主CPU，直流電流測量采用天瑞電子的TR0202-LB系列霍爾電流傳感器，線圈回路保護的繼電器采用歐姆龍繼電器，IGBT采用infineon的SKB15N60HS，此IGBT可耐受600V電壓，通斷15A電流。

2 軟件體系設計

斷路器分合閘線圈狀態檢測及保護系統通過測量跳合閘線圈的直流，通過一定的邏輯對分合閘線圈回路進行保護，其主要功能分閘線圈定時限、反時限、分閘線圈有流告警，合閘線圈定時限、反時限，合閘線圈有流告警。

2.1 分閘線圈定時限

裝置實時計算分閘線圈電流值，當分閘線圈電流大于整定定值80%時分閘線圈定時限段啟動，達到設定的時間定值，裝置出口斷開跳圈回路保護跳圈。出口動作邏輯為先合上IGBT，在斷開繼電器，最后在斷開IGBT。動作邏輯如下：

圖中Itq為分閘線圈實時計算值In為分閘線圈額定電流的80%

2.2 分閘線圈反時限

反時限動作公式為：

式中。T為分閘線圈定時限段時間定值，Ip為分閘線圈反時限啟動電流，軟件設定為線圈額定電流的50%，I為分閘線圈電流實測值，反時限動作出口邏輯同定時限。

分閘線圈定時限和反時限共同構成分閘線圈保護。當線圈電流等于設定的額定電流時，定時限和反時限動作時間相同。當由于分閘線圈電壓偏高等原因造成分閘線圈電流大于額定電流時，分閘線圈反時限保護的動作時間將縮短，有效保護分閘線圈。

分閘線圈定時限和反時限出口相互配合，當定時限動作時先判斷反時限是否已經動作，如果反時限已動作，定時限將只發動作報文，不在操作出口。當反時限動作時先判斷定時限是否已經動作，如果定時限已動作，反時限將只發動作報文，不在操作出口。

2.3 分閘線圈有流告警

當分閘線圈電流大于額定電流的20%（或者0.2A,取兩者之間大值），延時分閘線圈定時限段時間定值加上5s后，報分閘線圈有流告警。其動作邏輯如下：

圖中Itq為分閘線圈實時計算值，Igj為分閘線圈額定電流的20%。

2.4 合閘線圈定時限

裝置實時計算合閘線圈電流值，當和閘線圈電流大于整定定值80%時和閘線圈定時限段啟動，達到設定的時間定值，裝置出口斷開跳圈回路保護跳圈。出口動作邏輯為先合上IGBT，在斷開繼電器，最后在斷開IGBT。動作邏輯如下：

圖中Ihq為合閘線圈實時計算值，In為合閘線圈額定電流的80%

2.5 合閘線圈反時限

圖1 系統硬件架構圖

圖2 分閘線圈定時限動作邏輯圖

合閘線圈定時限和反時限共同構成合閘線圈保護。當線圈電流等于設定的額定電流時，定時限和反時限動作時間相同。當由于合閘線圈電壓偏高等原因造成合閘線圈電流大于額定電流時，合閘線圈反時限保護的動作時間將縮短，有效保護合閘線圈。

合閘線圈定時限和反時限出口相互配合，當定時限動作時先判斷反時限是否已經動作，如果反時限已動作，定時限將只發動作報文，不在操作出口。當反時限動作時先判斷定時限是否已經動作，如果定時限已動作，反時限將只發動作報文，不在操作出口。

2.6 合閘線圈有流告警

當合閘線圈電流大于額定電流的20%（或者0.2A,取兩者之間大值），延時合閘線圈定時限段時間定值加上5s后，報合閘線圈有流告警。其動作邏輯如下：

圖中Ihq為合閘線圈實時計算值，Igj為合閘線圈額定電流的20%。

3 系統技術性能指標

斷路器分合閘線圈狀態檢測及保護裝置滿足以下技術指標。

（1）分、合閘線圈回路直流測量

直流測量范圍：0A-20A；

直流測量精度：＜3%。

（2）分、合閘線圈保護

電流精度：＜3%；

時間精度：1.2倍定值下 速度動作時間小于40ms，其余動作時間要求為小于2%或者小于40ms。

（3）裝置開入量

裝置開入量為220V/110V；

開入量要求在70%電壓時可靠動作，55%電壓時可靠不動作。

（4）裝置提供以太網通訊接口

可以與后臺監控通訊。

4 結論

本文設計的系統裝置能監測及記錄每次斷路器分合的狀態（通過線圈的電流、分合的時間、分合次數等），并能在跳合閘過程中由于種種原因導致跳合閘線圈拒動時能有效保護跳合閘線圈（此功能能夠投退，并且不影響原操作回路特性）。。與現有技術及系統相比，本問提出的基于斷路器分合閘線圈狀態檢測及保護系統經實際運行，具有以下優勢：

（1）為分、合閘線圈提供保護，讓分、合閘線圈燒毀現象減少；能有效提高變電站安全運行能力，減少現場維護工作量以及維護費用。

（2）通過對分、合閘線圈回路電流的測量和記錄，為分析分、合閘線圈回路燒毀原因、斷路器分合閘線圈拒動的原因提供理論依據。。

（3）通過對斷路器分、合閘次數記錄，為斷路器檢修提供數據支持。

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[2] 崔勇，王川，洪浩等．斷路器合閘回路保護裝置及相應的斷路器合閘回路[P]．中國專利，CN201220495828.5．

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[4] 胡浩，劉玉海，李元安．斷路器合閘線圈燒毀原因分析與改進[J]．山東電力技術，2014(02)：52-54．

The State Detection and Protection System of Circuit Breaker Off-Closing Coil

Wang Yang
（Wuhu Power Supply Company of State Grid Company of China,Wuhu,241100）

A circuit breaker closing coil state detection and protection system is presented. The offclosing state is keeping by the monitoring and recording of each circuit breaker tripping. The off-closing coil of maloperation is protected in the process of shunt trip for circuit breaker.The DC current of offclosing coil is measured by Holzer sensor.Based on the heating quantity of off-closing coil calculation by the measured DC current,the coil heating value is set.Through the power electronic components IGBT and relay circuit to separate the closing coil loop,to achieve protection tripping and closing coil function. The actual application shows that,the system run stably,which can better realize the closing coil state detection and protection circuit breaker.

Circuit breaker;Off-closing coil;State detection;Protection

圖3 分閘線圈有流告警動作邏輯圖

圖4 合閘線圈定時限動作邏輯圖

圖5 合閘線圈有流告警動作邏輯圖

汪洋（1982-），男，工學碩士，工程師，主要從事高電壓試驗技術、農電工程管理等方面的研究工作。