一起操作箱與外回固配臺時的問題分析

陳　舟　陽林峰

（托口水電廠　懷化市　418106）　（廣州供電局有限公司　廣州市　510620）

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一起操作箱與外回固配臺時的問題分析

陳舟陽林峰

（托口水電廠懷化市418106）（廣州供電局有限公司廣州市510620）

【摘要】SCX-11J操作箱與發電機出口斷路器操作回路配合時，出現了開關的偷合、跳躍現象。經詳細分析，開關實際合閘接觸器“HC”線圈電阻與提供的技術參數存在一定的偏差，在工程設計中SCX-11J型操作箱內的“合閘保持繼電器（HBJ）”選用了目前規格中的最低檔，導致在合閘操作過程中因靈敏度不足，回路中“HBJ”拒動或出現接點“抖動”，不能完成保持的作用，產生很高的反電勢加到續流二極管，使二極管損壞，造成開關偷合、跳躍。后經更換“HC”，運行一直正常。

【關鍵詞】偷合跳躍“HC”二極管

1　概　述

某公司生產的三相操作箱SCX-11J按四統一原則設計，結構為單元插件組合式結構。某電站發電機出口斷路器的操作回路采用該操作箱配合，在施工調試、投運后的停機檢修以及預并網期間，曾先后3次出現開關的偷合、跳躍現象：

施工調試期間發生斷路器“偷合”，后經更換一塊“位置繼電器”插板，“偷合”現象消除。當時誤以為現場已將“跳閘位置繼電器”改由另一組專門的輔助閉接點“DL”控制，因此“偷合”的問題不會再發生，僅是合閘回路的完好性得不到監視，而發電機無重合閘，問題并不嚴重。從當時現場帶回的數據來看，“HC”的直流電阻為1.8 kΩ，因此還懷疑“HC”是否會存在動作電壓過低問題。因為設備已投運，經分析認為不必為此專門停機，導致沒能及時認真地查明原因，在設備帶有隱患的情況下投入了運行。

不久1#發電機緊急停機，有機會對此問題進行調查。首先確認：

（1）“跳閘位置繼電器”回路并未改動；

（2）直流電阻不是1.8 kΩ，而是1.2 kΩ，同時發現“HC”為開斷容量較大的直流接觸器，判斷動作電壓低于20 V的可能性沒有。

從圖1斷路器的合閘回路來看，壓力正常時，由手合控制開關起動本操作箱內的手合繼電器，之后手合繼電器接點“SHJ”起動合閘保持繼電器“HBJ”，由“HBJ”完成合閘回路的自保持，使開關可靠合閘，而“SHJ”為瞬動接點，于是懷疑的重點落到了續流二極管“Dtwj”上。之前曾多次采用常規方法對其進行過檢查并未發現異常，后經反向施加高阻高壓測試，發現發生“偷合”那塊插板上的二極管“Dtwj”反向漏電流嚴重超標，確認這就是造成斷路器“偷合”的原因。當時認為是個別二極管的質量問題，因此再次更換一塊插件，反復試驗后投入運行。

圖1　斷路器操作回路示意圖

次日凌晨，發動機啟機并網前，準備進行假同期試驗過程中，再次出現斷路器發生“偷合”。斷路器偷合后手動跳閘，斷路器發生“跳躍”。經檢查另一塊“位置繼電器插板”上的二極管“Dtwj”反向漏流也嚴重超標，并且與其串聯的電阻“Rtwj”已經燒斷。又更換了一塊新的“位置繼電器插板”，并將二極管“Dtwj”去除。

2　問題分析

根據所提供的“合閘接觸器”（HC）技術參數：DC 220 V 60 VA，折算出“HC”的額定動作電流為0.27 A，直流電阻為815 Ω。

因此工程設計選擇SCX-11J型操作箱內的“合閘保持繼電器”（HBJ）時，使用目前標準規格中的最低一檔，即：額定保持電流Ie=0.25 A，實際動作電流不大于60%Ie，實測動作電流為0.15 A，與給定值尚有0.27/0.15=1.8倍的靈敏度，用于監視合閘回路完好性。與“HC”呈串聯關系的“跳閘位置繼電器”（TWJ1，2），其直流電阻為26 kΩ。待合狀態“HC”上的額定殘余電壓：U殘=220 V×0.815/（26+0.815）=6.7 V，僅為額定電壓的3%。

但現場實際安裝的“HC”，實測其直流電阻為1.2 kΩ，增大近1/2，“HC”的額定動作電流降為0.18 A。如在相同結構的條件下，“HC”線圈的電感量也將增大，可能產生的反電勢幅值也隨之增大，同時其自身動作速度也將相應降低近1/3，可能會使斷路器合閘時間大于200ms。

現場實測操作電源“KM”電壓僅為207 V，考慮該斷路器為電磁操作機構，需要較大的合閘電流，因此操作過程中的操作電源電壓還會略有下降，如按下降3%測算為200 V，合閘回路電流計算值僅為200 V/1 200 Ω=0.166 A，考慮回路相關元件及過渡過程的影響，實際操作過程中回路的電流還會更小些。

根據以上的實際條件分析，現場進行合閘操作過程中，“HBJ”因回路靈敏度不足，可能發生拒動或出現接點“抖顫”現象，不能完成保持的作用，這樣如果操作過程“SHJ”接點先于斷路器輔助接點“DL”斷開（因電磁操作機構的合閘時間較長容易發生此現象），這時“HC”線圈由于沒有“續流通道”，而圖2中虛線所示的唯一“通路”，回路中大容量電池組為低阻、控母調壓硅鏈為正向偏置，但由于“TWJ”對于瞬變脈沖呈高阻，自身的續流二極管“Dtwj”為反向偏置，回路無電流，因此必然產生幅值很高的反作用電勢，“Dtwj”使用1N4007型的普通面接觸整流硅二極管，其反向耐壓為1 000 V，由于沒能承受幅值很高并具有一定能量的反電勢“Ef”的反向沖擊損傷（如同時出現“HBJ”接點“抖顫”現象，對于“非快恢復”的1N4007型二極管的損害會更大）結果造成“Dtwj”反向漏流增大。見圖2。

圖2　斷路器操作回路反電勢“通路”圖

上述沖擊可能發生一次或數次后（并不是每次合閘均會發生的，因為條件是“SHJ”接點必須先于斷路器輔助接點“DL”斷開），當漏流達到足以使動作電流較小的“HC”勵磁的程度，便發生斷路器“偷合”，發生偷合后，無論用什么方式去跳開斷路器，由于“偷合”條件一直存在，斷路器一旦跳開就會再次“偷合”，偷合后跳閘指令還來不及撤掉，勢必造成斷路器跳躍。

由于已兩次發生“Dtwj”損傷，是由“SHJ”接點斷弧引起的，應考慮“SHJ”接點也已受到損傷，不過尚未達到失效的程度。

3　解決措施

根據上述分析，如果“HBJ”有足夠的動作靈敏度，在每次合閘操作過程中都能可靠地保持，正常操作由斷路器輔助閉接點“DL”來斷開“HC”線圈電流，其反電勢就不會危害裝置內的元件。

由于斷路器的跳、合閘線圈（同時包括合閘接觸器“HC”）均為非長期勵磁的設備，因此其勵磁線圈應按降低常規“熱穩定”水平數倍特殊繞制（線徑加粗、圈數減少）的專用元件，目的是為了通過降低線圈電感量與直流電阻有效地提高動作速度，限制反電勢幅值，同時也為通過提高動作功率，從而增強高壓線圈（220 V）在回路中的抗干擾能力。

根據目前情況，建議采取以下兩種方法：

（1）請斷路器設備廠家提供專用直流接觸器；

（2）選110 V的通用直流接觸器線圈代用，通過調整反作用力彈簧使接觸器的動作電壓為130 V左右。

根據現有條件選直流電阻為（400～500）Ω的“HC”線圈比較合適。更換前、后應作斷路器的電氣合閘速度比較測試。

由于串接在跳、合閘回路的位置繼電器，正常條件均為短接方式失電，跳、合閘接點接通跳、合閘回路的同時就是對其失電的“續流”，并無需續流二極管的作用。只是在操作回路正常帶電的條件下，發生斷路器的非電動變位時或運行中輔助接點“DL”接觸不良時，才會通過輔助接點“DL”使位置繼電器失電。因小型繼電器的線圈電感很小，在無“續流”的條件下，其反電勢不會對外回路及自身產生影響，僅會使其返回速度略有降低。綜上分析，位置繼電器的“續流二極管”改用40 kΩ/5 W的電阻更為合理，因為這樣既可削弱自身反電勢，更重要的它可以有效地抵制非正常情況下外部回路元件可能產生的雙方向脈沖高壓對自身線圈的“威脅”，同時又不使元件綜合電阻降低過多。

4　結　論

操作箱與外回路配合時，可能出現因合閘保持繼電器靈敏度不足，引起接點抖動而使回路產生反電勢，損壞回路元器件。在保證回路綜合性能的前提下結合實際條件，可考慮對合閘接觸器進行更換。后更換為電阻450 Ω的“HC”線圈，經過數次試驗，投入運行后，發電機出口斷路器運行一直正常。

參考文獻

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作者簡介：陳舟（1983-），男，工程師，大學本科，研究方向為電力系統自動化，電話：0855-7367366，手機：13765596790，E-mai1：chen_czhou@126.com。

收稿日期：（2016-03-10）