110kV断路器控制回路设计缺陷分析及改进措施

ｄｏｉ:１０􀆰３９６９/ｊ􀆰ｉｓｓｎ􀆰１００８￣０１９８􀆰２０１５􀆰０５􀆰０１８１１０ｋＶ断路器控制回路设计缺陷分析及改进措施Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｄｅｓｉｇｎｄｅｆｅｃｔｓｆｏｒａ１１０ｋＶｂｒｅａｋｅｒｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ钟著辉(国网湖南省电力公司常德供电分公司ꎬ湖南常德４１５０００)摘　要:通过对断路器控制回路进行分析ꎬ发现其回路设计存在不足ꎮ针对这些不足对回路进行改进ꎬ增加机构电源监视元件ꎬ把合闸闭锁改为已储能控制方式ꎬ杜绝未储能时发生合闸操作可能ꎻ直接从密度继电器接点接取遥信ꎬ以提高可靠性和消除故障隐患ꎮ关键词:合闸线圈ꎻ控制回路ꎻ闭锁中图分类号:ＴＭ７６　　文献标志码:Ｂ文章编号:１００８￣０１９８(２０１５)０５￣００６０￣０３收稿日期:２０１５￣０３￣０６　　改回日期:２０１５￣０６￣０８　　目前在中低压电网中普遍采用ＳＦ６弹簧操作机构断路器ꎬ其控制回路接线完好性和正确性直接影响设备的安全运行ꎮ现以１１０ｋＶＬＷ３５￣１２６断路器控制电路为例进行分析ꎬ指出其二次接线设计中存在的不足之处、由此可能带来的问题ꎬ并提出了改进措施ꎮ１　ＬＷ３５￣１２６控制回路原理分析ＬＷ３５￣１２６控制回路由操作电源、跳闸与合闸控制、闭锁电路、弹簧储能控制电路等部分组成ꎮ图１为该型断路器操作机构电气控制原理接线图ꎬ其中实线框内电路为与之配合的保护操作箱简化接线ꎮ图１中:Ｋ１防跳(当用操作箱防跳时ꎬ该元件线圈需断开)ꎬＫ１１合闸ꎬＫ２２分闸ꎬＫ２为ＳＦ６气压低告警ꎬＫ３为ＳＦ６气压低闭锁ꎬＫ４储能中闸ꎬＫＭ储能控制ꎬＳＢＴ１就地/远方切换ꎬＳＢＴ２就地操作ꎮＨＪ合闸ꎬＴＪ分闸ꎬＴＢＪ跳闸保持ꎬＨＢＪ合闸保持ꎬＨＷＪ合位监视ꎬＴＷＪ分位监视ꎮ１􀆰１　远方合闸控制回路操作箱Ｌ＋电源(Ｌ＋ꎬ正极)１０１→ＨＪ１￣２→ＴＢＪ３￣４→ＨＢＪ线圈→端子１７→ＳＢＴ１(１￣２)→Ｋ１２１￣２２→Ｋ３(２１￣２２)→Ｋ４(２１￣２２)→Ｓ１￣３→Ｋ１１→１０２构成回路ꎬ启动Ｋ１１合闸ꎬ并使ＨＢＪ吸合ꎬＨＢＪ１￣２闭合ꎬ实现合闸自保持ꎮ合闸成功后ꎬＳ１￣３断开ꎬ合闸返回ꎮ图１　ＬＷ３５￣１２６断路器机构控制回路图１􀆰２　远方分闸控制回路操作箱Ｌ＋电源经１０１→ＴＪ１￣２→ＴＢＪ电流线圈→端子２６→ＳＢＴ１(３￣４)→Ｋ３(３１￣３２)→Ｓ６￣８→Ｋ２２线圈→１０２构成回路ꎬ启动Ｋ２２跳闸ꎬ并使ＴＢＪ吸合ꎬＴＢＪ１￣２闭合ꎬ实现跳闸自保持ꎮ跳闸成功后ꎬＳ６￣８断开ꎬ跳闸返回ꎮＳＢＴ１正常运行时应置远方ꎬＳＢＴ２为就地操作􀅰０６􀅰　第３５卷第５期湖　南　电　力ＨＵＮＡＮＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ　２０１５年１０月开关ꎬ断路器检修时ꎬ将ＳＢＴ１置就地位ꎬ可由ＳＢＴ２就地操作ꎮ１􀆰３　储能控制与合闸闭锁回路Ｋ４为带有延时触点的储能中间继电器ꎬ在未储能时ＳＰ１￣２闭合ꎬＫ４吸合ꎬＫ４(２１￣２２)接点断开ꎬ闭锁合闸回路ꎬ并由Ｋ４(１３￣１４)接通储能控制回路接触器(ＫＭ)ꎬ驱动电机储能ꎮＫ４吸合后开始计时ꎬ当达到设定时限ＳＰ１￣２没有断开Ｋ４线圈回路时ꎬＫ４(５５￣５６)储能超时接点接通ꎬ断开ＫＭ切断储能电机供电ꎮ１􀆰４　ＳＦ６低气压报警与跳合闸闭锁回路Ｋ２ꎬＫ３为ＳＦ６气体密度监视重动继电器ꎬ当气压下降时ＫＤ(１￣２)接通ꎬＫ２动作ꎬ并在最低气压时ＫＤ(３￣４)接通ꎬＫ３动作ꎬＫ３(２１￣２２)接点断开ꎬＫ３(３１￣３２)接点断开分别闭锁跳合闸操作回路ꎮ１􀆰５　状态监视及信号回路当断路器在分位时ꎬ图１中操作箱Ｌ＋电源１０１→ＴＷＧ→ＴＷＪ→端子１７→机构合闸回路→１０２ꎬＴＷＪ吸合ꎻ当断路器在合位时ꎬ操作箱Ｌ＋电源１０１→ＨＷＧ→ＨＷＪ→端子２６→机构分闸回路ꎬＨＷＪ吸合ꎬ若发生操作回路异常ꎬＨＷＪ和ＴＷＪ均不动作ꎬ发控制断线信号ꎮ图１中Ｋ４不动作时ꎬＫ４(３１￣３２)常闭接点发合闸簧已储能信号ꎬＫ２吸合时Ｋ２(４３￣４４)发ＳＦ６气压低信号ꎬＫ４吸合时Ｋ４(４３￣４４)发ＳＦ６气压低闭锁信号ꎮ２　存在的问题分析图１中Ｋ２ꎬＫ３ꎬＫ４在正常工况ꎬ即断路器已储能、气压正常时ꎬ均不带电ꎬ由此可能会带来一系列问题ꎮ２􀆰１　断路器操作Ｌ＋电源缺乏有效监视如图１所示ꎬ断路器操作电源Ｌ＋ꎬＬ－接自操作箱电源１０１ꎬ１０２ꎮ在断路器机构电路中ꎬ远方操作箱跳合闸回路只与Ｌ–有关ꎬ与Ｌ＋无关ꎬ当Ｌ－掉电时会造成跳合闸回路不通ꎬ由于ＴＷＪ或ＨＷＪ位置继电器均不吸合ꎬ发控制断线信号ꎻ但当Ｌ＋失电ꎬ回路仍会表现正常ꎬ保护装置无任何异常信号发出ꎮ而实际上此时断路器的ＳＦ６压力闭锁回路、储能控制回路及相关信号回路均已失效ꎮ如果此时进行合闸操作ꎬ合闸弹簧又恰未储能ꎬ储能中间继电器Ｋ４无Ｌ＋电源不能吸合ꎬ远方收不到机构未储能信号ꎬ断路器合闸回路不能被闭锁ꎬ合闸后回路通过操作箱ＨＢＪ将合闸回路保持导通ꎬ导致合闸线圈不能断电而烧毁ꎮ如果断路器本体ＳＦ６压力降低ꎬ也不能发信和闭锁操作ꎬ对断路器的状态失去掌控ꎬ可能在ＳＦ６气压异常时发生断路器跳合闸ꎬ而埋下事故隐患ꎮ２􀆰２　储能控制及闭锁回路不可靠如图１ꎬ储能闭锁回路取自Ｋ４常开ꎬ储能信号取自Ｋ４常闭ꎬＫ４只在未储能时动作ꎬ已储能时不动作ꎮ但Ｋ４不动作ꎬ不代表已储能或该回路完好ꎬ当Ｋ４线圈损坏、或发生Ｌ＋电源掉电、或ＳＰ接点损坏ꎬ同样会导致Ｋ４不动作ꎬ后果是断路器在合闸后不能储能ꎬ且不能被发现ꎬ闭锁回路失效ꎬ在下一次合闸时直接烧线圈ꎮ２􀆰３　ＳＦ６监视信号设置不当如图１ꎬ接致控制屏的ＳＦ６告警和闭锁信号ꎬ分别取自Ｋ２ꎬＫ３常开接点ꎬ同样Ｋ２ꎬＫ３不动作ꎬ不代表气压正常或该回路完好ꎮ当发生Ｌ＋电源掉电、或Ｋ２ꎬＫ３线圈损坏ꎬ均无异常信号ꎬ操作回路不能被闭锁ꎮ３　故障案例对某新建１１０ｋＶ间隔断路器控制回路进行调试ꎬ该断路器型号为ＬＷ３５￣１２６ꎬ采用弹簧储能操作机构ꎮ调试人员先在断路器就地进行操作ꎬ就地分、合闸试验及储能均工作正常ꎮ然后改在控制室操作ꎬ第１次操作正常ꎬ第２次合闸操作时发现断路器不变位ꎬ仍显示跳位ꎬ随后跳位指示灯灭ꎬ并发控制断线信号ꎮ检查发现控制电源空开跳闸ꎬ测量控制电源正、负极之间无短路ꎬ测量合闸回路电阻只有２Ωꎬ说明已短路ꎮ现场检查发现合闸线圈已烧毁ꎬ断路器在分位ꎬ处于未储能状态ꎮ更换线圈后ꎬ先手动储能、手动操作ꎬ断路器工作正常ꎬ由此排除机构故障的可能性ꎬ烧线圈应是由电气回路异常引起ꎬ但检查全部控制回路、电机储能回路、各元件均正常ꎮ再次给电后试操作ꎬ断路器就地/远方均能正常操作ꎮ检查故障时后台机事件报文ꎬ发现在故障前的一次合闸后ꎬ未报送断路器未储能动作信号ꎬ正常时应有一次未储能动作和返回信号ꎬ分析原因为在前次合闸释能后ꎬ弹簧一直处在未储能状态ꎬ而且􀅰１６􀅰第３５卷第５期钟著辉:１１０ｋＶ断路器控制回路设计缺陷分析及改进措施２０１５年１０月储能控制继电器(Ｋ４)也没有动作闭锁合闸回路ꎬ导致在下次操作时ꎬ在未储能状态下接通了合闸回路ꎬ由保护操作箱ＨＢＪ合闸保持ꎬ合闸回路持续接通ꎬ从而烧线圈和引起控制空开跳闸ꎮ由于机构内各元件故障已排除ꎬ从前面的分析可知ꎬ唯一可能的原因是操作Ｌ＋电源出了问题ꎬ当Ｌ＋因某种原因消失时ꎬ储能回路失效ꎬ因Ｋ４不动作ꎬ合闸闭锁回路失效ꎬ断路器控制回路仍会表现正常ꎬ远方仍可进行跳、合闸操作ꎮ查Ｑ１正常ꎬ拆下从控制室过来的Ｌ＋电源(１０１)电缆线检查ꎬ发现剥出线头太短ꎬ紧线螺丝完全压在了导线的塑料外皮上ꎬ因机构在跳合闸时ꎬ有较大震动ꎬ导致线头有时接触不良ꎬ合闸后Ｋ４不能动作储能ꎬ但合闸回路仍表现正常ꎬ发生未储能合闸烧坏线圈ꎮ４　改进措施通过上述分析及故障案例可看出ꎬ该型断路器控制回路的主要问题为:操作电源Ｌ＋异常时无信号ꎻ机构储能、ＳＦ６低气压告警等异常信号监视ꎬ均经重动中间继电器启动ꎬ有信号时动作ꎬ无信号时不动作ꎬ而其动作与否首先是建立在回路及自身完好基础上的ꎬ其完好性没有进行监视ꎬ在这部分回路或元件出故障时等同于无信号ꎬ存在事故隐患ꎮ图２为改进电路图ꎬ虚线框内为变动部分ꎮ４􀆰１　增加机构箱电源回路监视在机构箱控制回路电源尾端ꎬ增加Ｋ５继电器监视电源回路ꎬ电源异常时向控制室发掉电信号ꎮ４􀆰２　改未储能闭锁合闸为已储能时允许合闸在储能指示灯两端并接Ｋ６用作机构储能监视ꎬ在机构已储能时动作ꎻ用Ｋ６常开接点取代原Ｋ４常闭接点用作合闸闭锁ꎬ彻底排除未储能时发生合闸操作隐患ꎬ并用其１对常闭接点发未储能信号ꎮ４􀆰３　增加密度继电器信号接点为防止Ｋ２ꎬＫ３异常时ꎬ失出ＳＦ６气压监视和操作闭锁ꎬ在Ｋ２ꎬＫ３的信号接点并接密度继电器的另一组告警接点ＫＤ５￣６和ＫＤ７￣８ꎬ保证ＳＦ６告警信号不会因Ｋ２ꎬＫ３或回路出现问题而失去监视ꎮ改进后ꎬ要求密度继电器ＫＤ具备有双组接点输出ꎮ图２　机构箱改进电路图５　结论与建议目前多数断路器弹簧操作机构电源及控制回路与图１所示类似ꎬ文中提出的问题具有普遍性ꎮ去机构箱的正电源通常被等同为就地操作正电源ꎬ长期以来对其完好性没有引起足够的重视ꎬ实际上ꎬ这类操作机构的正电源除进行断路器就地操作外ꎬ还要完成储能控制、压力闭锁控制、发信等重要功能ꎬ已成为控制回路的重要一环ꎬ必须对该电源进行监视ꎮ断路器机构未储能闭锁回路ꎬ有的采用已储能时控制元件动作、接通合闸回路ꎬ也有的类似于本型断路器电路ꎬ采用未储能时控制元件动作、断开合闸回路ꎮ后者的优点是储能监视继电器只在未储能时动作ꎬ不会长期带电ꎬ有利于延长使用寿命ꎬ缺点也已显现ꎬ但为了最大限度保证设备安全运行ꎬ宜采用前者ꎮ而对于密度继电器信号监视回路ꎬ接点信号宜直接从密度继电器本身取远方信号ꎬ不应只取自断路器机构重动中间ꎬ但大多数ＳＦ６密度继电器均只提供１组接点ꎬ不能满足文中要求ꎬ有待相关厂家进行改进ꎮ参考文献〔１〕崔勇ꎬ王川ꎬ杨锦红ꎬ等.高压断路器控制回路隐性故障检修方法〔Ｊ〕.高压电器ꎬ２０１１ꎬ４７(１２):９６￣９９.〔２〕郭贤珊ꎬ李仲夫ꎬ陈轩恕.断路器操动机构在线监测参数的选择〔Ｊ〕.高压电器ꎬ２００２ꎬ３８(１)ꎬ２４￣２６.作者简介钟著辉(１９６６)ꎬ男ꎬ高级技师ꎬ本科ꎬ从事继电保护检修工作ꎮ􀅰２６􀅰第３５卷第５期湖　南　电　力２０１５年１０月