斷路器操作回路在工程中的應用分析和改進建議

摘要：結合某水電站具體工程案例，通過對PCS-9611C線路保護裝置操作回路ZW17-40.5型戶外高壓真空斷路器操作回路連接的完整動作過程分析，提出了在斷路器操作把手置于就地且發生故障情況下，不能實現由保護裝置動作發出跳閘信號操作斷路器及HWJ繼電器不動作的問題，并對這一問題提出了防范措施和建議，在工程實踐中對于保護電氣設備安全具有積極意義。

關鍵詞：斷路器;操作回路;動作原理

1" "工程基本情況

某壩后徑流式水電站，額定水頭9.46m，安裝2臺軸流轉槳式水輪發電機組，單機容量為2400kW。2臺發電機采用單母線接線形式，發電機出口額定電壓6.3kV，設置一臺6300kVA主變，高壓側采用變壓器-線路組接線形式，經6.1km 35kV線路送至某110kV變電站。

本工程35kV變電站內安裝1臺主變，容量6300kVA，另設置有真空斷路器、避雷器、電壓互感器、熔斷器等設備。真空短路器型號為ZW17-40.5，35kV送出線路在水電站側配置一套PCS-9611C線路保護裝置。

2" "PCS-9611C線路保護裝置回路原理

PCS-9611C線路保護裝置一般應用于電壓等級為110kV以下的小接地電流系統中的線路保護和測控。PCS-9611C線路保護裝置操作回路接線原理如圖1所示。220V直流控制電源，正極編號101，負極編號102。此控制電源來自本工程配置的直流饋線屏。

2.1" "合閘回路

無故障狀態下上位機遠程下達遙控合閘命令后，來自公用LCU的繼電器遙合常開觸點閉合，合閘脈沖經端子1-4QD14、1-4QD13、二級管、合閘保持繼電器（HBJ）線

圈、S2、1-4CD5連接到斷路器的合閘回路端子1D：4。合后位置繼電器（KKJ）為雙位置繼電器，在此過程中，KKJ動作并且保持。保護合閘過程與遠方合閘過程類似，區別在于二級管受到反向電壓不導通KKJ不動作。

2.2" "跳閘回路

無故障狀態下上位機遠程下達遙控跳閘命令后，來自公用LCU的繼電器遙跳常開觸點閉合，跳閘脈沖經端子1-4QD11、1-4QD10、二級管、跳閘保持繼電器（TBJ）線

圈、端子1-4CD2連接到斷路器的跳閘回路端子1D：10。在此過程中，KKJ將返回，跳閘保持繼電器（TBJ）線圈勵磁后，常開觸點TBJ閉合，跳閘保持繼電器TBJ線圈處于自保持狀態。

故障狀態下，如變壓器保護、故障解列等跳閘時，跳閘脈沖經端子1-4QD9、1-4QD8、跳閘保持繼電器（TBJ）線圈、端子1-4CD2連接到斷路器的跳閘回路端子1D：10。在此過程中由于二級管受到反向電壓不導通KKJ不返回，跳閘保持繼電器（TBJ）動作過程與無故障狀態下相同。

2.3" "防跳回路

PCS-9611C線路保護裝置中設置有跳閘保持繼電器（TBJ）、防跳回路繼電器（TBJV），它們二者之間的相互配合實現了電氣防跳功能。

保護出口或手動跳閘時，TBJ繼電器電流線圈勵磁，TBJ繼電器常開觸點自保持，在TBJV電壓線圈回路中TBJ常開觸點閉合。假如此時有手動合閘或重合閘操作，則TBJV電壓線圈勵磁，在其線圈回路中的TBJV常開觸點閉合，形成自保持回路。連接在合閘線圈回路的TBJV常閉觸點斷開，切斷了整個合閘回路，防止了斷路器跳躍。

對以上動作過程再次分析，由于保護裝置自帶的防跳回路發揮作用是由斷路器跳閘這一過程開始的，在合閘于故障狀態下且合閘按鈕發生粘連的情況下，斷路器跳閘后不能進行第二次合閘操作。在合閘于故障狀態而合閘觸點不粘連的情況下，由于HBJ繼電器電流線圈未一直帶電，HBJ繼電器的HBJ常開觸點未一直閉合。事實上由于TBJV電壓線圈未勵磁，防跳回路并沒有完整啟動，不能形成對合閘操作的完全閉鎖。但是此時合閘觸點未粘連，所以在值班人員再次發出合閘命令前，斷路器也不會再進行一次合閘動作。當合閘于正常狀態且合閘觸點不粘連的情況下，防跳回路則完全不能啟動。

鑒于采用保護裝置電氣防跳功能存在以上不足，另根據以往工程案例，為了避免保護裝置防跳回路與斷路器防跳回路串聯時產生的控制和信號不對應，以及斷路器不能再次合閘等問題，本工程電氣防跳選擇取消保護裝置防跳功能，如圖1所示。將S2兩端端子短接后，當接于合閘線圈回路的TBJV常閉觸點打開時，實現不了對合閘回路的切斷作用，為此取消了保護裝置自帶的電氣防跳功能。

2.4" "跳合位監視回路

結合圖1、圖2所示，當斷路器處于跳閘位置彈簧操作機構已儲能時，斷路器輔助常閉觸點QF、防跳繼電器常閉觸點CJX、儲能繼電器常開觸點ST均處于閉合狀態。圖2中端子1-4CD4至端子1D：17的回路接通，是由于端子1D：17通過220V直流開關QK3與端子1-4QD21接通，相當于端子1-4CD4至220V直流控制電源負極（編號102）的回路接通。通過圖1可以看出，跳位監視回路導通，跳位監視繼電器TWJ電壓線圈帶電，發光二級管點亮。此時會有一定的小電流流過斷路器合閘線圈HQ，但由于此回路中有一個電阻比較大TWJ電壓線圈，限制了回路中的電流，不能使斷路器合閘線圈HQ完全勵磁，所以斷路器此時不會動作。

斷路器操作把手切換至遠方位置，斷路器合閘后跳閘回路中斷路器輔助常開觸點8、6閉合，圖2中端子1-4CD2至220V直流控制電源負極（編號102）的回路接通。通過圖1可以看出，合位監視回路導通，合位監視繼電器HWJ電壓線圈帶電，發光二級管點亮。此時同樣會有一定的小電流流過斷路器跳閘線圈TQ，但由于此回路中有一個HWJ電壓線圈電阻比較大，限制了回路中的電流，不能使斷路器跳閘線圈TQ完全勵磁，所以斷路器此時也不會動作。

3" "斷路器操作回路動作原理分析

如圖2所示，斷路器操作回路防跳功能未取消，當斷路器操作把手QC置于現地狀態下，假設斷路器狀態處于分位按下合閘按鈕SB1，儲能繼電器常開觸點ST均處于閉合狀態時，合閘回路導通斷路器合閘線圈HQ完全勵磁，斷路器完成合閘操作。此時防跳回路中的斷路器輔助常開觸點10、12閉合，防跳繼電器CJX的線圈導通常開觸點13、14閉合，實現防跳繼電器CJX線圈的自保持。串聯在合閘回路、跳位監視回路的CJX常閉觸點處于斷開狀態，若發生SB1粘連且外部故障導致保護跳閘后，合閘回路一直處于斷開狀態，即使SB1粘連一直發合閘脈沖，但是由于合閘回路已斷開，防止了斷路器二次合閘，實現了斷路器的防跳功能。

若斷路器狀態處于合位，按下分閘按鈕SB2，則斷路器輔助常開觸點8、6處于閉合狀態，合閘回路導通斷路器跳閘線圈TQ完全勵磁，斷路器完成跳閘操作。當斷路器操作把手QC置于遠方狀態下，跳合閘過程與現地類似，只是把按下SB1、SB2按鈕的過程改為遠方繼電器常開觸點的閉合過程。

4" "存在問題分析

4.1" "第一個問題

第一個問題是35kV斷路器操作把手置于就地發生故障后保護不能出口跳閘的問題。以上的回路分析忽略了防跳回路的基本定義，防跳回路是“防止手動合閘于故障狀態且發生手合開關觸點粘連的情況下，由于“保護動作跳閘”與“手合開關觸點粘連”同時發生，造成的斷路器在跳閘動作與合閘動作之間不斷跳躍現象。但實際中斷路器完成儲能過程需要一定的時間積累，短時間內能否發生連續跳躍現象值得商榷。

當發生故障時，同時斷路器操作把手置于就地，如圖2所示此時保護跳閘回路不通，跳閘命令不能使斷路器跳閘，這個缺陷十分嚴重，失去了保護的選擇性，引起越級跳閘。

4.2" "第二個問題

第二個問題是35kV斷路器操作把手置于就地HWJ（合位監視繼電器）不動作的問題如圖1、2所示，35kV斷路器操作把手QC置于就地端子1-4CD2連接斷路器操作回路的端子1D：10。此時由于操作把手QC置于就地8號觸點與5號觸點不通，當斷路器合閘時，雖然斷路器輔助觸點QF閉合，跳閘線圈TQ得電，但整個合位監視回路沒有導通，保護裝置上的合位監視發光二級管不會點亮。由于控制回路短線信號是合位監視繼電器常閉觸點與跳位監視繼電器常閉觸點串聯后輸出的，斷路器合閘后合位監視繼電器不動作，導致HWJ常閉觸點不能斷開，保護裝置會誤報控制回路短線信號。

5" "預防措施及改進建議

5.1" "預防措施

針對以上問題，在工程完工時必須對使用人員交待清楚，并寫入運行規程。要求在斷路器投入時，必須遠方操作，以保護人身安全。就地合閘于故障狀態下保護跳閘回路不通，無法跳閘，必然造成越級跳閘，從而使事故范圍擴大。

5.2" "改進建議

鑒于存在上述問題，決定對其回路進行改進。改進后PCS-9611C線路保護裝置操作回路接線原理如圖3所示。改進后ZW17-40.5型戶外高壓真空斷路器操作回路原理如圖4所示。

對于斷路器操作把手置于就地發生故障后保護不能出口跳閘的問題，從圖3中保護跳閘并聯總出口端子1-4QD8引出一根控制線，至斷路器跳閘線圈新增端子2，這樣就珂實現當斷路器操作把手置于就地發生故障后，跳閘命令能直接到35kV斷路器跳閘線圈，從而使斷路器跳閘。其在技術上避免了越級跳閘，保護了電氣設備。

對于35kV斷路器操作把手置于就地HWJ（合位監視繼電器）不動作問題，把原有端子1-4CD1、1-4CD2之間的短接線去掉，將斷路器的常開輔助觸點QF接于端子1-4CD1，1-4QD20之間。這樣無論操作把手QC置于就地還是遠方，只要當斷路器處于合閘位置，斷路器的常開輔助觸點QF就處于閉合狀態，線路保護裝置中的合位監視回路就能導通，帶電壓線圈的HWJ（合位監視繼電器）就能動作，保護裝置中的合位監視發光二級管點亮，同時也杜絕了保護裝置誤報控制回路短線信號。

以上僅從理論上分析了預防與改進方案，實踐中的電氣設備定型則復雜很多，需要電氣設計人員具備很強的專業素養。在進行圖紙確認時，需要技術人員在短時間內梳理清楚整個斷路器的動作過程，及時與設備廠家溝通，進行個性化的局部細節修改，增加或者減少一些設備內部的端子和接線。

6" "結語

綜上所述，為了避免本文中提出的問題發生，首先需要在設計階段詳細分析不同廠家電氣設備之間的二次回路接線關系及動作過程，與設備廠家及時溝通調整一些端子和接線，方便在設計階段直接從技術上避免以上問題。另外在運行過程中，要嚴格執行運行規程防止誤操作。本文論述的問題對于保護電氣設備安全具有積極意義。