断路器控制回路设计缺陷分析与改进措施

断路器控制回路设计缺陷分析与改进措施

发表时间：2017-01-19T15:32:10.683Z 来源：《电力设备》2016年第22期作者：鹿鸣明

[导读] 在某线路间隔保护更换为南瑞继保PCS-943N技改项目验收中，发现保护操作箱与断路器机构控制回路配合存在隐患。

（深圳供电局有限公司广东深圳 518000）

摘要：在某线路间隔保护更换为南瑞继保PCS-943N技改项目验收中，发现保护操作箱与断路器机构控制回路配合存在隐患。模拟本侧为弱电源侧，对侧差动动作联跳本侧，当跳闸脉冲较短时，无法使断路器可靠分闸。本文分析后得出此隐患是由于PCS-943N操作箱分合闸自保持回路与断路器机构中的分合闸自保持回路未能有效配合，且联跳侧出口动作时间较短导致。文中给出了两种解决方案：由厂家调整保护装置出口时间，或自行改造控制回路。详述了控制回路的改造方法，消除了隐患，保证了保护装置在任何情况下使断路器可靠分闸。

关键词：自保持、断路器、控制回路

1 引言

某110kV线路保护装置为配合对侧智能化改造工程，更换为PCS-943N装置。与之前配置的保护装置相比，新增了差动联跳功能。此功能是为了解决在长距离输电线路出口经高阻接地时，近故障侧能够立即启动，但由于助增的影响，远故障侧可能故障量不明显而无法启动，差动保护不能快速动作的问题。在调试过程中验证此功能时发现，对侧保护装置加故障量，本侧保护装置虽然可由联跳正确动作出口，但出现了无法使断路器跳闸的现象，存在严重的安全隐患。

在电力系统出现故障时，断路器能否可靠跳闸直接影响电力系统的安全性。经过理论分析和实际验证，发现保护装置更换后，保护操作箱和断路器机构控制回路在特殊情况下，分闸触点导通时间较短时，存在断路器无法分闸的问题。本文分析了这一问题产生的原因，提出了两种解决方案。在对控制回路进行了改造后，解决了特殊情况下无法分闸的问题。

2 现有控制回路隐患分析

2.1 保护操作箱分合闸控制原理

110kV线路保护装置PCS-943N操作箱中分合闸控制原理如如图1所示。由手跳、永跳、保护跳闸等触点启动分闸回路。合闸回路由手合、保护重合等触点启动。为保证分合闸回路导通直至断路器成功分合闸，操作箱中设计有由TBJ/HBJ自保持继电器实现的自保持回路。TBJ/HBJ继电器动作电流可通过操作箱跳线进行整定，跳合闸电流保持回路的动作电流为1A至4A自适应，最小不得低于200mA。

图1 操作箱分合闸控制原理图

2.2 断路器机构分合闸控制原理

断路器机构为河南平高电气股份有限公司生产的ZF12-126(L)型GIS装置，其断路器分合闸控制原理图如图2所示，其中不包含×号与虚线的部分为改进前原理图。

合、分断路器时，先由保护装置操作箱控制回路通过-X2:14、-X2:16启动中间继电器-K6、-K7，再经由-K6、-K7的重动接点13、14使合、分闸线圈-Y1、-Y2励磁，进而实现开关合闸分闸操作。-K6、-K7还使用了辅助接点43、44形成了-K6、-K7自身的自保持回路。

从表中可以看到即便按照最小动作电流来整定为0.5A，实测操作箱中的TBJ/HBJ继电器的最低启动电流约为200mA，即分合闸时至少要保证电流大于200mA才能实现操作箱中分合闸回路的自保持。实际测量机构中的中间继电器-K6、-K7的电阻约为2000Ω，本站的操作电源为110V，因此分合闸控制回路中的电流不大于50mA，小于TBJ/HBJ继电器的最低启动电流，也无法满足反事故措施中不应大于额定跳

(合)闸电流的50%左右的要求。所以分合闸操作时操作箱中的TBJ/HBJ继电器总是无法励磁，接点不能闭合，无法形成自保持回路。

机构中的合闸、分闸中间继电器-K6、-K7也具备自保持功能，现场试验发现-K6、-K7需通电至少40ms才能够成功动作，即分合闸回路需导通40ms以上，其自保持功能方可发挥作用，同时才能够正确分合断路器。

因此，操作箱的分合闸自保持回路并未发挥作用，分合闸控制回路的导通情况取决于跳闸命令或合闸命令的时长。若跳闸、合闸触点的闭合时长超过40ms，即可通过机构的中间继电器-K6、-K7的自保持回路保证断路器分合闸；若不足40ms，不能使中间继电器-K6、-K7动作，就无法使合闸、分闸线圈-Y1、-Y2励磁，也就无法进行分合闸操作。

2.4 隐患存在的原因及改造方案

在原有使用的保护装置中，跳闸逻辑为故障电流消失后，保护动作出口触点才会返回，分闸命令时长都超过40ms，故不存在分闸回路无法自保持的问题。但在进行改造工程后，本线路间隔保护更换为PCS-943N，新增了差动联跳功能。在对此功能进行调试时，发现了对侧加故障量，本侧开关保护虽然差动联跳正确动作，但弱电源侧的本侧断路器却无法分闸的隐患。

出现此现象的原因就是分合闸接点闭合时长不足。PCS-943N差动联跳功能中，在远故障侧保护装置未启动，因对侧动作而联跳断路器的情况下，跳闸触点只闭合30ms，时长不满足ZF12-126(L)机构中分合闸回路至少需要导通40ms的要求，导致机构操作回路中间继电器无法动作，进而使开关不能正确分闸，无法隔离故障。

针对这一隐患，存在两种解决方案：

（1）要求保护装置生产厂家适当延长差动联跳功能的跳闸脉冲时长，具有本地判据的保护动作也可在故障电流消失后适当延长跳闸脉冲时长，以适应不同机构操作装置。此方案存在以下隐患：①采用机构中电压型中间继电器实现自保持，而目前所有保护装置操作箱中的HBJ/TBJ为电流型继电器，操作箱的自保持功能未发挥作用；②若机构中间继电器-K6、-K7线圈或接点异常，则无法可靠分合闸；③分闸脉冲的延长值无法定量；④保护逻辑无法做到标准化。

（2）修改控制回路，在现有跳闸脉冲仅30ms的条件下，通过取消中间继电器等冗余部分减小分合闸回路电阻，提高分合闸回路动作电流达到HBJ/TBJ的整定值，使操作箱中的电流型继电器HBJ/TBJ可靠动作励磁，实现分合闸回路的自保持。此方案可靠性较高。

3 控制回路的改造与验证

考虑到保护装置的跳闸出口触点动作时长无法自行调整，因此必须使操作箱的跳合闸自保持继电器HBJ/TBJ在跳合闸时可靠动作，其动作条件是分合闸回路的电流至少大于200mA。由于机构中-K6、-K7中间继电器电阻过大，故将其取消，分合闸线圈不再由中间继电器-K6、-K7的接点来启动，而直接接入分合闸控制回路中。改造后的回路不再使用-K6、-K7的自保持功能，仅使用了操作箱的HBJ/TBJ的自保持功能。改造后的操作回路如图2中的“×”（拆断）及2条虚线（增加连线）所示。

实测改造后分合闸回路总电阻约为30Ω，计算分合闸电流约为3.7A。满足保护装置操作回路插件NR1566的跳合闸回路中HBJ/TBJ继电器在动作电流1A至4A自适应，通过跳线也满足反事故措施中不应大于额定跳(合)闸电流的50%左右的要求。

经过实际测试，分合闸回路能够可靠自保持，断路器可以正确传动，避免了先前差动联跳功能无法跳闸的情况。

4 结束语

PCS-943N装置中的差动联跳功能与部分断路器机构配合时存在隐患，远故障侧在特殊情况下即使保护装置动作也可能无法可靠分闸。本文分析后得出这一隐患是由于保护装置操作箱分合闸自保持回路与断路器机构中的分合闸自保持回路未能有效配合，可靠分闸要求保护跳闸出口触点持续动作40ms以上，而PCS-943N装置中的差动联跳功能在对侧动作联跳本侧时跳闸出口触点仅动作30ms所导致。

自保持回路可以保证在分合闸完成前分合闸回路一直保持导通状态，确保分合闸操作可靠完成，同时也保证了一定是由断路器的辅助触点断开分合闸回路，避免由不具备足够开断容量的手合、手跳、保护跳、保护合的触点来开断。

为了方便运维，可在后续工作中要求保护装置生产厂家延长30ms的动作时间，以便匹配更多的断路器机构，但这种方式也存在一定隐