F－C開關控制回路設計缺陷分析及其解決方法

毛 劍 羅 超 支彥華 晏青松

（黃岡大別山發電有限責任公司，湖北 黃岡438000）

0 引言

高壓開關用于開斷或閉合電路中的電流，是電力系統中重要的控制及保護執行元件，其對控制回路的可靠性要求非常高。高壓開關的控制電源消失、輔助接點接觸不良、跳／合閘線圈開路等原因都會造成開關失靈。因此，開關的控制回路應能實時監視開關控制電源及跳／合閘回路的完好性。當開關控制電源消失或跳／合閘回路故障時，應及時發出“控制回路斷線”信號，以提醒運行和檢修人員采取措施處理。

1 開關控制回路原理及“控制回路斷線”報警信號簡析

圖1是經過簡化后的典型開關控制回路。

圖1 簡化后的典型開關控制回路

圖1 中，跳閘啟動繼電器TQJ線圈和電阻R3組成跳閘啟動回路。防跳繼電器TBJ1常閉接點、跳閘啟動繼電器TQJ常閉接點、合閘啟動繼電器HQJ線圈及電阻R2組成合閘啟動回路。防跳繼電器TBJ1常開接點、跳閘啟動繼電器TQJ常開接點、防跳繼電器TBJ1線圈及電阻R1組成開關的防跳回路。跳閘保持繼電器TBJ2常開接點、跳閘啟動繼電器TQJ常開接點、跳閘保持繼電器TBJ2線圈、開關常開輔助接點DL及跳閘線圈T Q組成跳閘回路。

合閘保持繼電器HBJ常開接點、合閘啟動繼電器HQJ常開接點、合閘保持繼電器HBJ線圈、開關常閉輔助接點DL及合閘線圈HQ組成合閘回路。

電阻R5、合閘位置繼電器H WJ線圈、開關常開輔助接點DL及跳閘線圈組成合閘監視回路。

電阻R4、跳閘位置繼電器T WJ線圈、開關常閉輔助接點DL及合閘線圈組成跳閘監視回路。

H WJ和T WJ的常閉接點串聯，即形成“控制回路斷線”報警回路。

當開關處在合位時，其常開輔助接點DL閉合。此時若微機跳閘繼電器TJ閉合，或者有遙分、手分命令來時，TQJ吸合，其常開接點閉合，接通跳閘回路，TBJ2線圈帶電吸合并自保持，TQ帶電使開關跳閘。當開關完成跳閘動作后，其常開輔助接點DL斷開，切斷TBJ2的自保持回路，TBJ2返回，整個跳閘操作結束。

當開關處于分位時，開關的常閉輔助接點DL閉合。此時若微機合閘繼電器HJ閉合，或者有遙合、手合命令來時，HQJ吸合，其常開接點閉合，接通合閘回路，HBJ線圈帶電吸合并自保持，HQ帶電使開關合閘。當開關完成合閘動作后，其常閉輔助接點DL斷開，切斷HBJ的自保持回路，HBJ返回，整個合閘操作結束。

若無防跳回路，則當開關合閘于故障回路且因某種原因合閘命令一直存在，如微機合閘、手合或遙合繼電器某個接點粘死時，開關會因保護動作而跳開。但因合閘命令繼續存在，開關隨即又合上，然后又跳開，如此反復，即所謂的開關跳躍現象。開關跳躍會對開關造成極大損害甚至爆炸。圖1所示的防跳回路原理為：當合閘命令一直存在且開關合閘于故障回路時，保護動作使TQJ吸合，其常開接點閉合，使TBJ1吸合并自保持，TBJ1的常閉接點斷開，切斷合閘啟動回路，使開關無法再合閘。直至合閘命令消失后，TBJ1才會因自保持回路被切斷而返回，從而防止開關跳躍。

開關在合位時，其常開輔助接點DL閉合，合閘監視回路接通，有電流流過。開關的跳閘線圈TQ為電流型線圈，其阻值較小。而H WJ的線圈為電壓型，其阻值相比TQ要大得多。因此，H WJ線圈上分得的電壓比TQ要大得多，足以使H WJ動作，但TQ因回路中的電流太小而不動作。即，正常情況下，若開關處于合位且跳閘回路完好，則H WJ帶電吸合。同理，若開關處于分位且合閘回路完好，則T WJ帶電吸合。

正常情況下，開關不是處于分位就是合位。若操作電源正常，則H WJ或T WJ總有一個動作，一個不動作，“控制回路斷線”回路不通，保護裝置不會發出控制回路斷線報警。若開關處在合位而跳閘回路因故障不通，或者開關處在分為但合閘回路因故障不通，或者控制電源失電，則H WJ和T WJ都不動作，它們的常閉接點閉合，“控制回路斷線”回路接通，保護裝置隨即發出控制回路斷線信號。

由“控制回路斷線”信號發出原理可知，其僅能監測處于合閘監視回路或跳閘監視回路中的元件及其回路的完好性，未被包含在這些回路中的元件出現故障，保護裝置不會發出告警信號。因此，合閘監視回路或跳閘監視回路必須盡可能多的包含控制回路元件。

2 ××發電廠F－C開關控制回路設計缺陷造成保護裝置不報“控制回路斷線”的事件經過

××發電廠一期工程建設有兩臺660 MW發電機組，其碎煤機、磨煤機、空壓機等額定電流在200 A以下的6 k V廠用高壓電機全部采用VCR193型F－C開關。F－C開關是F－C回路的俗稱，由高壓真空接觸器（Contactor）和高壓熔斷器（Fuse）串聯組合而成。因頻繁操作，該廠F－C開關不同程度受損，缺陷時有發生。

2013年2月11日，該發電廠＃2碎煤機電機F－C開關無論在遠方、就地操作還是按下事故按鈕都無法跳閘，運行人員最后通過按開關本體的機械跳閘按鈕才得以將其斷開。事后檢查確認，故障由跳閘回路中常開輔助接點DL接觸不良造成該回路不通引起。而查閱開關保護裝置的事件記錄及運行巡檢記錄，均為發現故障時該開關并未報控制回路斷線報警信號。

查閱圖紙及開關說明書發現，與真空斷路器不同的是，該發電廠F－C開關的跳、合閘線圈啟動電流較大。一般保護裝置的控制回路容量太小，不足以驅動F－C開關進行跳、合閘操作。因此需要通過加裝中間繼電器來擴大容量。該發電廠＃2碎煤機電機F－C開關簡化后的控制回路如圖2所示。

圖2 ××發電廠F－C開關簡化后的控制回路

相比圖1，圖2在合閘回路和跳閘回路分別加裝了合閘中間繼電器K M2和跳閘中間繼電器KM1。以跳閘回路為例，保護裝置的跳閘命令不直接作用于F－C開關的跳閘線圈TQ，而是先啟動K M1，K M1吸合后由其常開接點啟動TQ。圖2中，R5、H WJ、常開輔助接點DL和TQ組成跳閘監視回路。K M1的線圈以及與其相連的常開輔助接點DL，即圖中云框中包含的元件，未包含在跳閘監視回路中，它們之中有任何一個故障開路，開關將無法跳閘，但保護裝置不會發出“控制回路斷線”報警信息。此即該發電廠＃2碎煤機電機F－C開關跳閘回路故障但保護裝置不發“控制回路斷線”報警信息的原因。同理，該開關的合閘監視回路也存在同樣的設計缺陷。

進一步查閱圖紙發現，該發電廠所有的F－C開關接線都與圖2一樣，即該發電廠所有F－C開關的控制回路均存在此設計缺陷，具有重大安全隱患。

3 解決方案

由上面的分析可以看出，該發電廠F－C開關的控制回路在設計上有缺陷，其跳、合閘監視回路不能完整監視整個跳、合閘回路的完好性。解決此問題的一個簡單可行的辦法是，在圖2的分、合閘回路中分別再串入一個合閘位置繼電器H WJ′和跳閘位置繼電器T WJ′，如圖3所示。

圖3 改進后的F－C開關控制回路

在圖3中，在跳閘回路中加入H WJ′，與常開輔助節點DL及TQ串聯，回路中原有的H WJ改為與常開輔助節點DL及K M1串聯。在合閘回路中，加入T WJ′，與DL及K M1串聯，回路中原有的T WJ改為與常閉輔助節點DL及K M2串聯。將H WJ與T WJ的常閉接點串聯、H WJ′與T WJ′的常閉接點串聯后，再將它們并聯，形成新的“控制回路斷線”信號報警回路。

如此，即可完整監視該發電廠F－C開關控制回路的完好性，當開關再次發生2013年2月11日的類似缺陷時，保護裝置就能及時發出“控制回路斷線”報警，避免事故的發生。此方案對回路的改動小，成本低，效果明顯。

4 結語

“控制回路斷線”是高壓開關非常重要的告警信號，一旦該信號發出，運行和檢修人員必須立即查找原因并處理。“控制回路斷線”報警信號回路在設計上必須能盡可能多地監測開關控制回路中元件及接線的完好性，尤其是跳、合閘線圈及開關輔助接點這些易損元件的完好性。

［1］沈詩佳.電力系統繼電保護及二次回路［M］.北京：中國電力出版社，2007.