斷路器操作箱操作回路缺陷及改進方法

汪輝宇 肖什飛

【摘要】LY-31型斷路器操作箱在沙田電站使用較多，在一次故障處理過程中，發現該型號的操作箱有使斷路器誤動的可能，會給發電機組帶來極大的危害。本文通過對LY-31斷路器操作箱操作回路一次異常進行處理的實例，分析查明其存在的缺陷，提出整改措施并通過實際處理，具有一定的實用性。

【關鍵詞】斷路器操作箱;位置繼電器;最低動作電壓;定子反充電

1.引言

斷路器操作回路是斷路器重要控制、保護、監視回路，在斷路器切斷一次回路的過程中起著重要的輔助作用，它是斷路器順利切斷一次電流且在異常情況下不出現損壞的保證。從保護裝置的應用角度而言，一種微機保護其操作回路設計的好壞，是影響產品整體性能的一個必不可少的部分。

2.使用情況

GDGT801微機保護是南京自動化公司生產的一種發變組保護裝置，我站現有7臺該型號的保護裝置投入使用，其中有5臺配置了LY-31型號的斷路器操作箱（發電機6KV出口斷路器3臺，主變中壓側35KV斷路器2臺）。自2007年第一臺該型號的斷路器操作箱在我站投入運行以來，情況較好，并未發現異常情況。

3.故障情況

2013年8月6日在3號發電機停機230斷路器跳開后，發現機組保護柜上操作手柄和操作箱面板的斷路器位置信號燈指示不正確，操作手柄上跳閘位置燈亮而操作箱上位置燈不亮（均由合閘回路跳閘位置繼電器TWJ提供）。將230斷路器小車搖至試驗位置后，對斷路器進行了合、分閘試驗，發現上述斷路器位置指示不正確問題有時出現有時不出現。

4.原因分析及查找

經初步分析：認為是跳閘位置繼電器TWJ（如圖1所示，實際為五個串聯，圖中只用一個TWJ代替）與斷路器內合閘繼電器KA1（該斷路器由KA1的觸點去接通合閘線圈回路，沒有直接到合閘線圈）的電阻不匹配，造成跳閘位置繼電器所分壓處于臨界點，由于每個跳閘位置繼電器TWJ動作電壓有一定的區別，從而致使跳閘位置繼電器TWJ觸點有的能動作有的不能動作，于是動作電壓低的常開觸點通，動作電壓高的常開觸點不通。

對于該情況，決定采用對合閘繼電器KA1并聯電阻的方法，以提高跳閘位置繼電器線圈的電壓，從而保證高跳閘位置繼電器能可靠動作。為此，需要對斷路器的跳位置繼電器TWJ、合閘繼電器KA1線圈電阻以及跳閘位置繼電器最低動作電壓進行測量，并通過計算對待并電阻進行選配。

圖1

而在現場對上述所需參數進行測量時，某次跳開230斷路器后該斷路器立即自動合閘，這說明跳閘后合閘線圈又被激磁，造成斷路器合閘，這個情況在以前正常停機跳230斷路器時并沒有發生。在經過仔細查找后發現，造成該現象的原因是合閘回路中跳閘位置繼電器即N2：A4與N5：A6之間短路（如圖一所示）。

將該保護裝置操作箱中合閘模件拆下，對電路板并聯的續流二極管與跳閘位置繼電器TWJ進行分開測量，發現跳閘位置繼電器并沒有損壞，但二極管被擊穿。從圖一上可以很明顯看出，在二極管被擊穿后，跳閘位置繼電器TWJ被短接。當斷路器跳閘時，斷路器輔助接點DL閉合，整個合閘回路接通。由于此時為跳閘位置繼電器TWJ不能承擔分壓作用，致使220V直流電壓全部加在合閘繼電器KA1上，從而造成230斷路器合閘。

5.存在的缺陷及危害

當在發電機處于正常停機狀態時，如果跳閘位置繼電器TWJ線圈損壞短路或者并聯的二極管擊穿短路（例如230斷路器操作箱在試驗時已經發生的情況），那么，就存在開關跳開后立即合閘，此時就會發生發電機定子反充電事故，使定子線圈受到全電壓短路沖擊，將致使發電機定子線圈短路，將產生巨大的電動力，使定子線圈絕緣損壞發熱燒毀，后果不堪設想。

6.處理方法

通過分析，可以采用在跳閘位置繼電器TWJ上串聯電阻和在合閘繼電器KA1上并聯電阻。通過所串、并電阻來達到同跳閘位置繼電器TWJ、合閘繼電器KA1電阻之間的匹配來解決這個問題，從而達到以下目的：

（1）在手、自動合閘時能正確動作;

（2）正常狀態時，合閘繼電器KA1所分電壓不超過其最低動作電壓;

（3）跳閘位置繼電器TWJ能可靠動作，正確反映開關狀態;

（4）在跳閘位置繼電器短路后，合閘繼電器KA1能可靠不動作，避免出現跳閘后立即合閘的定子反充電事故。

圖2

如圖2所示，設跳閘位置繼電器TWJ最低動作電壓U1，合閘繼電器HJ最低動作電壓U2，跳閘位置繼電器TWJ直流電阻為RTWJ，合閘繼電器KA1直流電阻為RKA1，串聯電阻為R1，并聯電阻為R2。

分析計算如下：

（1）

? ? ? ? ? （2）

（3）

由（2）、（3）可得：

（4）

（5）

設：

（6）

則由（1）、（6）可得：

（） ? ? ? ?（7）

由以上各式易知：R2的值在某一個范圍可以滿足條件，如果我們給R2一個明確的值，那么，我們可以求得R1值的一個范圍，在此范圍內選取R2的一個值，即可滿足要求。事實上：當M>RKA1時，我們并不需要并聯R2，只需要串聯一個R1即可滿足要求，此時就不能根據式（7）來求R2的值的范圍，式中RKA1-M<0也能很好的體現這一點。我們也可以根據式（4）求出Rx的范圍值，此時Rx的值是大于RKA1的實際值的，對于一個電阻來說，在并聯其他電阻后所體現的值只會變小，而這里變大顯然是不可能的，所以造成式（7）的錯誤。當然，并聯電阻也是可以的，并聯后會使合閘繼電器KA1端電壓進一步降低，提高跳閘位置繼電器TWJ兩端電壓。因此，在這種情況下，完全可以不并聯電阻。

7.實際處理情況及效果

按照上述方法，本實例中所需要的各項數據測量值如下：

（1）跳閘位置繼電器TWJ合閘繼電器KA1電阻

跳閘位置繼電器TWJ 合閘繼電器KA1

29.00K 16.2K

（2）跳閘位置繼電器TWJ合閘繼電器KA1最低動作電壓

合閘繼電器KA1最低動作電壓 137.00V

跳閘位置繼電器TWJ

所選觸點 最低動作電壓

9X：32-9X：33 135

9X：40-9X：41 142

9X：42-9X：43 135

9X：44-9X：45 137

9X：46-9X：47 144

由于電路板元件不宜拆散，表格內所側跳閘位置繼電器電阻和電壓為5個繼電器串聯所測值，而以上數據也說明在未做處理前最低動作確實在臨界點。這里，為保證跳閘位置繼電器TWJ可靠動作，我們應該選取最高144V為最低動作電壓。

即：230斷路器跳閘位置繼電器TWJ的最低動作電壓U1=144V，其合閘繼電器KA1最低動作電壓U2=137V，其跳閘位置繼電器TWJ的電阻RTWJ=29.0，合閘繼電器KA1的電阻為RKA1=16.2。通過以上推導計算有：0

本例中，我們選取了R1=8為串聯電阻，依照以上推算，當正常狀態時，跳閘位置繼電器TWJ兩端電壓為161.4V大于最低動作電壓144V，可靠動作，合閘繼電器KA1兩端電壓為14.1V小于最低動作電壓137V，當跳閘位置繼電器被短路時合閘繼電器KA1兩端電壓為52.86V小于最低動作電壓137V，均能可靠不動作。另外，我們對斷路器進行了上電操作，測量了跳閘位置繼電器TWJ、合閘繼電器KA1帶電后實際電壓值，并與計算結果進行了比對;同時，我們模擬了跳閘位置繼電器被短路故障，測量了合閘繼電器KA1帶電后實際電壓值，均與預先計算值相同，而且，斷路器沒有誤動，達到了滿意的效果。

這樣，我們就可以在跳閘位置繼電器TWJ被短路時，避免斷路器誤合使發電機定子線圈受到全電壓短路沖擊，從而不存在電機定子線圈燒毀的可能。

8.拓展延伸

對于230斷路器的跳閘回路，如果在機組發電態的時候合閘位置繼電器HWJ線圈短路或并聯二極管擊穿短路時，那么操作電壓將直接加在跳閘繼電器KA2上，斷路器會直接跳閘，此時，將會造成轉子過速和過電壓。

圖3

如果要使在合閘位置繼電器HWJ線圈短路或并聯二極管擊穿短路時，跳閘繼電器TJ不誤動致使斷路器誤跳，我們一樣可以采用串、并聯電阻，同樣進行計算從而合理選取電阻達到滿意的效果（如圖3所示）。實際上，我們對此也進行了改造，效果也非常好，由于和合閘回路處理方法相同，因此不再重復。

此外，由于各方面的原因使操作電壓存在波動的可能，在電壓波動時斷路器同樣不能誤動，我們可以取±10%為電壓波動范圍，則只需要在處理計算中對跳、合位置繼電器電阻范圍計算時候取-10%誤差，對跳、合閘繼電器取+10%誤差即可。

還有，許多斷路器從操作箱出來后直接就到了跳、合閘線圈，并沒有同本文中一樣還有跳、合閘繼電器。對此，只需要將跳、合閘線圈看作跳、合閘繼電器即可。

9.結束語

本文對LY-31型斷路器操作箱所存在的缺陷進行了探討，提出了一種可行的方法，并以我站實際改造應用為說明，該方法消除了隱患，取得了較好的效果。雖然斷路器操作回路已經很成熟，但由于要實現的各種功能較多，接線形式就相對復雜，因此，設計者在設計的時候難免出現疏忽，難免會出現缺陷，再者，二次輔助回路的缺陷一般都比較隱蔽，輕易不容易發現它的存在，這就會帶來隱患。本文中如果不是剛好試驗時出現故障，而是在其他的時候出現，必將發生定子反充電事故，對發電機會產生極大的危害。在裝新的保護柜或斷路器時，我們要特別注意二次回路之間的配合，仔細推敲，盡可能考慮可能會出現的問題。

參考文獻

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[2]鄭云鋒等.關于合閘、跳閘位置繼電器的配合分析[J].電氣技術，2008（12）：67-68.

[3]郭占偉等.斷路器操作回路詳述[J].繼電器，2004.32（19）：67-70.

作者簡介：

汪輝宇（1986—），男，大學本科，現供職于湖南東江水力發電廠，主要從事水電站電氣檢修工作。

肖什飛（1986—），男，大學本科，現供職于湖南東江水力發電廠，主要從事水電站電氣檢修工作。