斷路器“控制回路斷線”檢測方式分析及改進

黃智華，劉洪兵，侯斌，鄒學翔

（云南電網有限責任公司昆明供電局，云南 昆明 650011）

0 引言

斷路器控制回路是操作斷路器分合閘的二次回路，在所有斷路器二次回路中有著最為重要的定位，也是二次系統切除故障最直接的回路。因此，針對斷路器控制回路專門設計了一套監視回路，并通過監視回路對控制回路的運行狀態進行實時報警或預警，以保證控制回路在故障到來時，必須具備分合斷路器的能力[1]。“控制回路斷線”信號便是針對該回路設計的報警信號回路，控制回路斷線時，斷路器將無法分合，故障來臨時斷路器也將喪失故障切除的能力。但目前控制回路采取的監視回路只具備簡單的監視回路完好與否的功能，并不能定位控制回路斷線點的具體位置，檢修人員針對此類型缺陷進行處理時，無法掌握最及時的缺陷情況及信息，缺陷處理效率并不高，而控制回路斷線缺陷未消除，巨大的電網風險就會一直存在。因此，需要針對目前系統內斷路器控制回路的監視設計滿足日益劇增的電網風險相匹配的解決方案[2]。

1 斷路器控制回路及其監視回路工作原理

斷路器控制回路主要涉及到斷路器操作箱及斷路器機構箱兩部分，兩部分相互配合，完成斷路器的分合，而斷路器控制回路的監視回路都設計在操作箱內。

1.1 斷路器操作箱控制回路及其監視回路工作原理

目前系統內主流繼電保護設備廠商設計的斷路器操作箱在斷路器控制回路的設計上都大同小異，主要原理接線如圖1。

圖1 斷路器控制回路二次接線原理圖

從圖1中可以看出，分合閘回路中都設計了一個用于回路監視的二次回路，分閘監視回路中啟動HWJ，分閘回路完好則HWJ繼電器動作，合閘監視回路中啟動TWJ，合閘回路完好則TWJ繼電器動作。而“控制回路斷線”報警信號則使用HWJ與TWJ的常閉節點串聯后發出，即斷路器分閘回路、合閘回路均斷開，則報斷路器控制回路斷線[3]。從工作原理上分析，該信號可以正確監視斷路器分合閘回路的完好性，日常斷路器運行中也通過該信號判定控制回路正常與否，“控制回路斷線”信號原理接線如圖2。

圖2 “控制回路斷線”信號原理圖

1.2 斷路器操作箱控制回路監視回路存在的問題

通過進一步分析上述斷路器分合閘監視回路，結合日常針對斷路器報“控制回路斷線”后現場缺陷處理的總結分析，發現：目前廠商設計的監視回路，只能監視整段回路完好與否，不具備斷線點定位的功能。從操作箱出口回路至機構箱內元器件直至分合閘線圈，均有可能出現斷線點，而斷線后，意味著斷路器已經無法進行操作，必須立即找到斷線點并進行處理[4]。

查找斷線點目前均采用測量控制回路上電位的方法，沿著控制回路一側進行逐一排查。如圖3，回路完好時，監視回路內TWJ、HWJ與控制回路上斷路器分合閘線圈形成通路，控制電源負電經過斷路器分合閘線圈以及斷路器機構箱內所有節點，送至TWJ或HWJ繼電器線圈。當控制回路斷線后，該通路被斷線點斷開，操作箱內TWJ與HWJ繼電器無法勵磁返回，發出“控制回路斷線”信號。

斷線點前后所帶電位分別是通過監視回路送至斷線點的控制電源正電位與控制電源負極送至斷線點的負電位。現場查找控制回路斷線正是利用此電位變化，對照控制回路圖逐一摸排，并定位斷線點。

上述方法針對斷線點比較穩定的斷線故障，故障查找并不復雜，但是目前系統內出現控制回路斷線后，一段時間后斷線故障自行恢復，這就對缺陷處理工作造成較大困難，往往人員到達現場后缺陷已恢復，斷線點無法查找。但是實際斷線點仍然較為脆弱，環境溫度震動等外部因素變化時，缺陷往往還會發出，極為致命的是在斷路器分合的瞬間大電流造成斷線點斷線，從而導致斷路器分合失敗，造成重大電網風險事故。

圖3 控制回路斷線后斷線點電位情況示意圖

因此，該信號目前已經逐漸無法滿足電網運行安全穩定的要求，控制回路配置的監視回路無法為后期控制回路斷線后的缺陷處理工作提供實際的支持，使得此類型缺陷處理工作效率低下，控制回路斷線后電網風險急劇上升，威脅電網安全。

2 斷路器控制回路監視功能改進方法討論

針對現階段監視回路存在的短板，考慮在控制回路上增加監測裝置或額外的監視回路，在控制回路任何一點斷線后，均可立即定位斷線點，并將斷線點信息及時提供給缺陷處理人員。

斷路器整段分合閘控制回路上，有一定數量的各類型節點及操作把手等元器件，節點與節點之間依靠線芯或電纜連接[5]。綜合本地區發生控制回路斷線缺陷的統計數據，發現控制回路斷線缺陷斷線點主要集中在斷路器機構箱內，也是目前分合閘監視回路監視的主要部分。統計數據如表1。

表1 本地區斷路器控制回路發生斷線后各部位斷線點數量統計表（單位：次）

因此，為實現上述監視回路改進的目的，主要考慮在機構箱部分控制回路上對監視回路進行改進。

3 斷路器“控制回路斷線”監視回路改進方法分析

通過上述分析，控制回路斷線后，斷線點前后回路上存在這明顯的電位差異，因此，考慮三種方式：①通過在控制回路上增加電位測量裝置的方式，通過實時測量控制回路各點電位，即可對斷線風險較高的斷路器機構箱內整段控制回路實現全時段監控及斷線點定位；②在控制回路上注入低頻交流小信號，利用信號檢測裝置也可以實現全時段監控及斷線點定位的目的；③考慮不對控制回路增加任何監測裝置或在回路上注入小信號，利用新技術手段，在直流控制回路上導線絕緣表皮上安裝電場傳感器，非接觸式測量回路上電位情況，通過在表1中斷線高風險節點之間加裝非接觸式電壓測量傳感器，從而實時監測回路上各點電位，達到對控制回路全時段監控及斷線點定位的目的[6]。

現階段系統內針對斷路器控制回路有著極其嚴格的管理和反措要求，日常工作均嚴防控制回路出現寄生回路，嚴防改動控制回路及在控制回路上新增檢測裝置，雖然從實現方式上該方案較為簡單直接，但從回路運行規范要求上看，方式①并不適用。控制回路上注入低頻小信號的方式②，類似于系統內查找直流接地的原理，但是將小信號注入在特定的控制回路中，在整個變電站直流系統內信號勢必會發生雜散，同時控制回路及電纜上上存在著分布電容，對小信號也會造成干擾，信號接收端對信號敏感度會不足[7]。而相對應的，在不改變現有控制回路運行狀態的前提下，方式③通過非接觸式電壓測量傳感器，即可實現測量控制回路各個位置電壓的功能，同時設計一套電壓數據采集分析單元，利用斷路器機構箱內信號電源，在斷線時發出報警并在采集單元上圖形化顯示控制回路斷線點。

4 結語

通過上述分析，現階段系統內斷路器控制回路監測模式已經越來越不能滿足日益發展的電網安全的要求，控制回路斷線時出現了無法避免的電網風險劇增，控制回路監測模式必須進行升級改進。文中提出的在控制回路上加裝非接觸式電壓測量傳感器及數據分析單元的方式，可完美解決控制回路監測模式目前存在的不足，極大縮短控制回路斷線后作業人員缺陷處理的時間，大大降低因斷路器無法分合而急劇升高的電網風險。