一種斷路器跳閘跟隨器的研究

謝建鑫

摘 要：隨著我國經濟水平的不斷提高，推動著電力行業的迅速發展，對供電客戶的供電可靠性的要求也越來越高，斷路器是否能正確動作在很大程度上影響著供電可靠性。文章主要從背景、研究思路、原理等方面介紹了一種斷路器跳閘跟隨器的研究。

關鍵詞：跟隨器；單片機；繼電器

中圖分類號：TM76；TP74 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）08-0005-02

1 研究背景

變電站內高壓斷路器是保證安全供電的重要設備，它不僅可以切斷和接通負荷電流，而且當系統發生故障時通過繼電器保護裝置可及時切斷過負荷電流和短路電流，防止事故擴大也保障著電力的安全穩定運行。

對于220 V及以上電壓等級的斷路器，均采用雙重配置的雙分閘線圈，即采用了分別獨立的保護裝置和跳閘回路，兩個分閘線圈獨立操作，分閘可靠性高。對于110 kV及以下斷路器，目前在設計和運用上，因為投資和和配置考慮，均采用單套配置原則，為單個的跳閘線圈結構，這種配置單分閘線圈結構簡單，但安全性上遠不如雙重配置的設備可靠。因為運行環境原因，跳閘線圈在運行過程中，容易發生鐵芯卡澀、線圈接頭和導線接觸不良、以及輔助接點氧化等原因造成控制回路斷線的故障，這些故障導致斷路器分閘拒動，使系統發生故障時無法得到及時切除，進而引起越級跳閘等嚴重后果。

基于上述現狀，為提高單線圈斷路器分閘可靠性，解決因跳閘線圈問題引起的拒動問題勢在必行。

2 研究思路

在原跳閘回路并入跳閘跟隨裝置和另一組跳閘線圈，實現目前單分閘線圈斷路器的雙分閘線圈控制，以提高其分閘可靠性。當保護動作時，跳閘跟隨器通過斷路器輔助觸點判斷第一組跳閘線圈的工作情況，當第一組跳閘線圈無法正常工作時，經過整定延時由跳閘跟隨裝置啟動第二組跳閘線圈，完成跳閘。如圖1所示。

3 跟隨器結構及原理

3.1 跟隨器的結構

跟隨器由主板及顯示板兩塊板組成，主要包括電源模塊、單片機、繼電器及外圍元器件，兩塊板則通過牛角插座連接，結構圖，如圖2所示。

3.2 跟隨器原理

原理圖，如圖2所示。

①上電檢測：電路上電開始初始化過程，此時電路開入1、開入2、開入3不能有任何輸入，即全部繼電器不動作。若上電時有任一異常開入，則3 s后單片機運行監視紅燈常亮，程序鎖死，需按K1按鈕復位或直接重新上電。

②正常運行：裝置上電電路初始化結束，檢測無異常開入后，紅燈閃亮，同時繼電器J5動作，其常開接點閉合，當斷路器在合位時，跟跳回路運行監視黃燈通過外電路接線接通常亮，表示跟跳回路正常。

③運行中當有開入1時，裝置經整定延時后，J1至J4動作，開入斷開后，J3-J4保持動作，直至按下復歸按鈕或復位K3按鈕或裝置掉電同樣解除動作狀態。

④運行中當有開入2時，為外接急緊分閘開入，當外接緊急分閘時，跟跳裝置不經延時判斷直接動作，開出結果同開入1。

⑤開入3外接跟跳裝置動作信號復歸按鈕。開入3接通時，J3、J4動作返回，解除閉合狀態。

⑥當跟跳裝置電源故障時，繼電器J5常閉接點動作，通過外接線將跟跳線圈與主分閘線圈并聯工作，實現直接跟跳功能。

⑦顯示板上按鈕K1，當K1接通時不僅可使J3、J4動作返回，同時可使J5動作返回，即單片機程序恢復初始狀態，自檢正常3 s后投入。

3.3 跟隨器各功能模塊介紹

3.3.1 電源模塊

跟隨器中的單片機、繼電器等都是有源元器件，均需工作電源，但其所需要的額定電壓比較小，因此跟跳器中需要配置電源模塊，如采用愛浦電子生產的型號為WD12-110S05B1的電源模塊，將輸入的DC 110 V電壓轉化為DC 5 V電壓輸出。

為保證電源模塊輸入端電壓及輸出端電壓的穩定，在輸入端、輸出端配置了熔斷器、穩壓二極管、熱敏電阻、電抗器及電容器等元件，提高抗干擾能力，增強了電壓的穩定性。

3.3.2 單片機——跟跳邏輯信息處理模塊

單片機作為跳閘跟隨裝置的核心元件，用于裝置動作的邏輯判斷，實現跳閘跟隨裝置的全部功能。可采用STC生產的一種低耗能、高性型號為89C52RC單片機，擁有靈活的8位CUP和在系統可編程Flash，運行速度快，存儲空間大。

89C52RC單片機的P2.2、P3.6、P2.4引腳分別為無源電壓、有源電壓及緊急分閘的開入，當其任意一引腳有高電位開入時，才會使P2.5、P2.6引腳輸出控制分閘、閉鎖重合閘信號，進而控制分閘線圈二導通及閉鎖重合閘回路；單片機的P2.3引腳為信號復歸的開入，當有高電位開入時，使P2.7、P2.1引腳輸出控制繼電器J3、J4動作返回；單片機的P3.0、P3.1引腳為單片機程序讀寫端口。

3.3.3 繼電器——驅動模塊

跟隨器可配置了J1至J5五個繼電器，型號及廠家盡可能相同。

各繼電器均有一對常開接點和一對常閉接點組成，其功能分別為：J1是跟跳分閘功能；J2是閉鎖重合閘功能；J3是自保持作用；J4是自保持及發跟跳信號作用；J5是單片機自檢監視、跟跳回路監視及跟跳裝置電源故障時直接跟跳功能。

3.3.4 其他外圍元器件

①JP1、JP2雙選擇插座，根據功能選擇接入方向。

JP1為開入1的無源電壓和有源電壓的開入選擇，當保護裝置有備用開入空接點時，通過JP1短路帽選擇“1-2”接入5 V無源開入，當保護裝置沒有備用開入空接點時，通過JP1短路帽選擇“2-3”接入110 V有源開入。當開入1為110 V有源開入時，需經EL357N（C）型的光電耦合器件作用，輸出滿足單片機要求的5 V開入，原理如下：

JP2為選擇跟跳裝置時間延時是否可調，其選擇方式如下圖，當JP2的短路帽接“2-3”時，可以通過K1和K2按鈕調整跟跳時間延時；當JP2的短路帽接“1-2，跟跳時間延時不可調整。在運行中，JP2短路帽應接“1-2”，避免運行人員誤修改已經設置好的跟跳裝置的延時時間。

②K1、K2、K3 為按鈕，功能分別：K1是單片機程序復位，可使J3、J4動作返回，同時使J5動作返回單片機程序恢復初始狀態；K2是調整時間（+）；K3是調整時間（-）。

③數碼顯示屏顯示整定的延時跟跳時間，顯示范圍是0～9.99 s，時間調整的步長為0.01 s。

④燈1至燈3為指示燈，功能分別是：跟跳裝置動作信號燈（綠色）、單片機運行監視燈（紅色）、跟跳回路運行監視燈（黃色）。

⑤牛角插座是裝置主板與顯示板連接橋梁；插拔式端子是跟跳裝置與外部件連接橋梁。

4 結 語

本斷路器跳閘跟隨器以單片機為核心元件，C語言編程控制繼電器輸入輸出，并實現完成：帶延時整定的跳閘跟隨功能，跳閘跟隨動作時閉鎖重合閘功能，緊急時手動分閘功能，裝置軟件自檢，裝置分閘線圈通斷自檢及裝置電源故障時直接跟跳等八大功能。裝置可應用到所有單分閘線圈的斷路器中，成功解決斷路器長時間運行中易引起的拒動問題，此外裝置遠跳控制更可靠，尤其適合無人值班變電站，應用前景廣大。

參考文獻：

[1] 規劃設計總院編.電力系統設計手冊[M].北京：中國電力出版社，1998..

[2] 郭占偉，原愛芳，張長彥，等.斷路器操作回路詳述[J].繼電器，2004，（19）.

[3] DL/T 5136—2001，火力發電廠、變電所二次接線設計技術規程[S].