斷路器控制電源交叉設計的分析與改進

劉博凱 郭健

摘要：以某220 kV升壓站為例，針對斷路器控制電源交叉的問題，對當前控制回路進行了詳細分析，并提出了相應的改進方法，可以確保一路控制電源失電或發生故障時，另外一路電源可以安全地跳開斷路器，及時切除故障點，達到防止故障范圍擴大的目的。

關鍵詞：斷路器;控制電源交叉;設計缺陷;改進

0 引言

斷路器是發生電力故障時電源側與負荷側、電廠設備與電網用戶的重要隔離設備，而斷路器中的二次控制回路是保證斷路器安全穩定運行的重要組成部分。斷路器控制通過電氣二次回路實現，斷路器的控制回路需滿足以下幾項基本要求：（1）既能實現手動跳閘、合閘，又能在繼電保護和自動裝置作用下自動跳閘、合閘;（2）當斷路器跳閘或合閘完成后，應能自動切斷跳閘或合閘回路，防止因通電時間過長而燒壞線圈;（3）控制回路應有指示斷路器跳閘與合閘的位置信號，而且能夠區分自動跳閘、合閘與手動跳閘、合閘的位置信號;（4）有指示斷路器控制回路完好性的監視信號。

目前，斷路器控制電源的典型設計有兩路直流電源，第一路控制電源供操作合閘及第一組跳閘線圈;第二路控制電源供操作合閘及第二組跳閘線圈。兩路電源分別取自兩段直流段，以滿足兩路電源之間相互獨立的要求。本文針對現場某220 kV升壓站出現的線路開關兩路控制電源的交叉問題進行了分析，并對相應的控制回路提出了具體的改進方案。

1 當前控制回路設計

1.1 ? ?控制回路設計

該站為典型的220 kV雙母線運行方式，站內另有1號發電機組、2號發電機組、啟備變間隔、升壓站PT、母聯及2條出線7個高壓間隔。線路為負荷傳輸的重要途徑，其設計有2套保護配置，第一套保護為深瑞PRS-753型線路保護，第二套保護為南瑞PCS-931A-G型線路保護，2套保護均配置獨立的操作箱。深瑞PRS-753型線路保護操作箱控制電源I，南瑞PCS-931A-G型線路保護操作箱控制電源II。

2套保護均設計有獨立的操作箱，在設計過程中，深瑞及南瑞2套操作箱均設計并運用以下功能：

（1）遠方合分閘功能，本站開關均實現遠程NCS操作，由測控裝置發出合分閘指令，可以通過深瑞或南瑞操作箱實現遠方合分閘功能。

（2）保護跳閘功能，當線路出現故障時，保護跳開負荷開關，切斷故障源。

（3）重新合閘功能，當線路出現單相瞬時故障時，保護重合于故障相，在瞬時故障消失后，系統繼續安全運行。

1.2 ? ?控制電源交叉的危害

在控制電源設計過程中，單純的指令并聯雖然能實現遠方合閘、保護跳閘、重新合閘等基本功能，但使電源出現多余回路，導致本該獨立的控制電源出現交叉，失去各自獨立性。

國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中規定：“斷路器的選型應與保護雙重化配置相適應，220 kV及以上斷路器必須具備雙跳閘線圈機構，2套保護裝置的跳閘回路應與斷路器的2個跳閘線圈分別對應，與其他保護裝置、設備（如通道、失靈保護等）配合的回路應遵循相互獨立且相互對應的原則，防止因交叉停用導致雙套保護功能缺失。”

為此，當2路控制電源失去獨立性工作時，線路開關可以正常運行，并不會出現影響開關動作的問題。但是，當其中一路控制電源出現故障，可能將導致另外一路電源受其影響。線路在正常運行出現瞬時單相故障時，會出現控制電源交叉問題，導致2路控制電源均出現故障，將使線路開關由于失去控制電源而無法正常動作，對電廠及電網負荷產生較大影響。

因此，本文對設計原因導致雙線圈以及2路控制回路失去獨立性的問題進行具體的分析并進行設計改進，確保設備的安全運行。

2 控制回路設計缺陷分析

以A相控制回路為例，深瑞操作箱接線圖如圖1所示，當2個操作箱均實現合閘功能，該設計將保護II操作箱的合閘節點通過電纜接至保護I操作箱的合閘節點上，會使2路控制電源通過107A（第I套合閘）與207A（第II套合閘）并接，從而產生交叉聯系。

另外，此設計的跳閘監視回路也通過并聯實現。103A 2個操作箱并接，也會出現第一路操作電源與第二路操作電源交叉的后果，從而失去了2路電源的獨立性。

因此，與之相關的合閘回路、監視回路及重合閘回路均存在控制回路交叉的問題，需要進行相應的改進，使2路控制電源可以獨立運行，從而消除隱患。

3 控制回路的改進方法

3.1 ? ?合閘回路的改進

當前開關的合閘線圈只有1個，設計2路控制電源沒有必要且多余，合閘回路的簡單并聯，使控制回路交叉，而正常的NCS合閘只需要1路就可以實現遠方合閘功能。

因此，將保護II并聯至保護I的合閘回路，取消107A、107B、107C回路，留存保護I操作箱的合閘回路至斷路器就地機構，同時取消NCS設計的保護II操作箱的合閘回路，從而解除因合閘回路造成的控制電源交叉問題。

取消保護II操作箱的合閘回路，將會出現該保護失去重合閘功能，所以還需對重合閘回路進行改進。

3.2 ? ?跳閘監視回路的改進

與合閘回路存在的問題類似，導致2路控制電源交叉的原因是2個回路簡單并聯。直接的解決辦法是將保護II操作箱并聯至保護I操作箱，取消107A、107B、107C回路，通過保護I操作箱的A相跳閘位置節點015A，B相跳閘位置節點015B，C相跳閘位置節點015C接入保護II屏操作箱位置開入位置，從而達到回路監視的目的。相比之前設計的監視回路并聯，改進后的監視回路既實現了對控制回路的監視，又保證了2路控制電源的獨立性。

3.3 ? ?重合閘回路的改進

通常220 kV線路均為雙套保護機制，2套保護只設置1個操作箱，就可以實現所有功能。本站2套保護均配置了單獨的操作箱，取消及改造了部分回路，保護II操作箱合閘回路已取消，導致其重合閘功能不能正常實現，這需要通過改進回路來重新完善保護II操作箱的重合閘功能。

為了減少冗余回路，取消保護II操作箱重合閘出口回路，重合閘出口改接至保護I操作箱重合閘開入位置，當保護II單相接地保護動作時，通過保護I操作箱回路啟動重合閘。

本文通過對NCS分合閘回路、監視回路以及重合閘回路的改進，使得2套保護操作箱控制回路完全分開獨立，第一路電源控制合閘線圈以及第一組跳閘線圈，第二路電源控制第二組跳閘線圈，解決了控制電源交叉的問題，使得斷路器的遠方操作功能完備，保護功能也能正常實現，并符合國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求》的規定，提升了升壓站以及站內設備運行的安全性。

4 結語

無論在變電站還是電廠，斷路器都具有舉足輕重的作用，對斷路器二次控制回路進行分析與研究非常有必要。本文通過對2套線路保護操作箱的功能以及控制回路進行分析，將原本設計交叉的2路控制電源獨立出來，保證了其正常功能的實現，對斷路器的控制、電源交叉問題提出了改進建議，對處理類似問題具有一定的借鑒意義。

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收稿日期：2020-09-02

作者簡介：劉博凱（1988—），男，陜西西安人，工程師，研究方向：繼電保護。