回路配合（精选4篇）
回路配合 篇1
摘要：介绍断路器本体防跳回路和操作箱防跳回路基本原理,分析易出错的防跳回路配合方式,提出在合闸监视回路中串入断路器常闭辅助触点的解决办法,并介绍一种可自动切换的高压断路器防跳回路配合方式。
关键词：断路器,防跳回路,操作箱
0 引言
高压断路器与操作箱的配合是发电厂、变电站电气工程中常见的问题,其中最易出问题的就是“防跳”回路的配合。“防跳”即防止断路器跳跃,是指在断路器合闸操作时,由于某些原因(扳手未及时松开、粘连等)导致合闸触点未返回,一直闭合,此时如果保护动作,那么开关跳闸后又会合闸,如此连续跳合。断路器跳跃在故障状态下将导致故障电流反复冲击,不但对电力系统造成严重损害,也将给断路器带来致命的伤害。为此,断路器厂家及保护厂家均在二次回路中设计了相应的防跳回路。但是保护装置、操作箱及断路器型号和种类繁杂,不同地区不同单位设计的电气防跳回路差别很大,断路器防跳回路不匹配和设计、接线错误等问题时有发生。目前有关规程对此并无明确规定,仅个别地区的反事故措施要求取消操作箱防跳,采用就地防跳回路。但这方面的分歧很大:有主张采用操作箱防跳的,有主张就地防跳的,也有主张同时采用两种防跳回路的。
本文介绍断路器串联和并联防跳回路及其常见的应用方式,在发挥同时使用两种防跳回路优势的基础上,介绍一种断路器防跳与操作箱防跳无冲突配合的新方式,即在操作回路中加入“远方/就地”切换开关的切换触点。
1 典型断路器防跳回路介绍
断路器发生跳跃的必要条件是合闸触点粘连时保护动作,若能采取一定措施实现两者的互相闭锁,则可防止断路器跳跃,这就是断路器二次回路防跳的基本原理。常见的电气防跳回路有并联防跳和串联防跳。
1.1 并联防跳
当断路器合闸指令触点粘连时,用断路器常开辅助触点启动与合闸线圈并联的防跳继电器,以其动断触点将合闸回路断开,从而达到闭锁再次合闸的目的。这种防跳称为“并联防跳”,现场又称为就地防跳或断路器本体防跳,一般设计在断路器本体机构箱内。从现场情况来看,6kV等级以上断路器均自带这种并联式防跳回路。并联防跳原理如图1所示。
这种防跳是靠一个与断路器合闸线圈HC并联的继电器TJ实现的,断路器常开辅助触点QF3启动TJ,TJ的常开触点TJ1自保持,同时串联在合闸回路中的TJ输出常闭触点TJ2断开合闸回路,达到防跳目的。
该回路动作顺序如下:当合闸指令ZJ发出后,断路器合闸,QF1断开,QF3闭合启动防跳继电器TJ,TJ动作后触点TJ1闭合,使继电器TJ自保持,TJ的常闭触点TJ2断开合闸回路。如果合闸指令因故粘连,即“7”处有正电,那么TJ不会返回,合闸回路就不会贯通,即使此时保护动作跳闸,也不会再次合闸,直到合闸指令撤销,TJ返回,合闸回路恢复后,才可以再次合闸。
1.2 串联防跳
发生故障时,保护装置出口启动串联在保护跳闸回路中的防跳继电器,以其动断触点将合闸回路断开,从而达到闭锁再次合闸的目的。这种方式称为“串联防跳”,现场一般称为远方防跳或操作箱防跳,在断路器操作箱中实现。图2为NSR201线路保护装置内的操作回路图。
这种操作箱防跳回路一般采用电流电压双线圈继电器TBJ。电流线圈TBJ-I串联在跳闸回路中,其常开触点TBJ-I与跳闸指令触点并联,另一常开触点与电压线圈TBJ-V串联。而电压线圈TBJ-V与合闸线圈并联,其常闭触点串联在合闸回路。防跳继电器的电流线圈TBJ-I由跳闸指令启动,如果合闸指令触点粘连,那么电压线圈TBJ-V启动,其常闭触点TBJ-V断开合闸回路,从而达到防跳目的。
保护动作后,TBJ电流线圈将一直自保持,直到断路器分开,强迫断路器辅助触点断弧。微机保护装置出口继电器触点容量较小,不具备断开跳闸电流的能力,强行断弧就有烧毁的可能。
可见,操作箱能够实现断路器跳闸、合闸、防跳、位置信号、回路监视等功能,比断路器机构箱功能更完善,是发电厂二次线的典型设计方案。
2“串联+并联”防跳存在的问题
同时保留断路器本体和操作箱防跳回路称为“串联+并联”防跳。这种防跳方式未见任何设计规程推荐使用,却常出现在工程中,究其原因,可能是有关设计人员对操作回路的配合问题了解得不够深入,仅将操作箱与断路器本体二次回路简单对接。由于断路器和操作箱型号多,随机组合时,本体防跳继电器与合闸监视回路电阻在某些情况下匹配,在某些情况下匹配处于临界状态,在某些情况下则不匹配。如果配合不好,就会出现本体防跳回路与操作箱防跳回路冲突问题。
图3是某变电站最初设计的接线图,在设备通电调试后,断路器只合分一次就保持在跳闸位置,同时保护屏跳、合闸监视灯均点亮。除非操作电源断电后再送上,否则不能再次合闸操作。
现场检查发现,本体防跳继电器TJ一直动作,只有操作直流电源断电后才复归。这是因为合闸后,TJ启动并自保持,合闸指令消失后正电源经跳位监视回路又与TJ线圈相通,且TJ内阻比整个回路的大,其线圈上的分压超过了自身返回电压,所以不能返回,导致合闸回路断开,不能继续操作。同时,TWJ继电器也不能返回,跳、合闸监视灯同时亮起。在这种情况下,保护跳闸后,重合闸不会动作,即使手合,断路器也会拒动。防跳继电器长时间通电还可能烧毁。
为解决以上问题,短接连接片XB52,取消操作箱的防跳回路,同时,分开跳闸回路“7”和合闸监视回路“8”,并在合闸监视回路加入串联的断路器常闭触点QF2及防跳继电器常闭触TJ3,如图4所示。断路器合闸后,合闸监视回路被断路器辅助触点QF2断开,防跳级电气TJ不会动作,也就不会出现无法再次合闸的现象。
经验证,在满足我国对于“四统一”断路器操作箱中有关继电器配合要求的情况下,同时保留断路器本体和操作箱防跳回路是完全可行的。
3“远方串联+就地并联”防跳的优点
一般,断路器串联和并联两种防跳功能是断路器生产商和保护柜生产商分别提供的,各自单独使用均可满足防跳要求。因此,如果在就地操作时仅使用断路器本身的防跳回路,而在远方操作(含保护跳闸)仅使用远方防跳回路,那么任何时候就只有一套防跳回路起作用,从而避免了“串联+并联”同时使用的问题,这也符合现场人员的习惯。
如图5所示,当“远方/就地”选择开关ZK置于就地位置时,1-2、7-8、9-10触点导通,3-4、5-6触点断开,本体防跳继电器TJ接入操作回路,而远方防跳继电器TBJ则断开,即断路器就地操作时只有就地防跳回路起作用。当“远方/就地”选择开关ZK置于远方位置时,其3-4、5-6触点导通,1-2、7-8、9-10触点断开,则本体防跳继电器TJ断开,只有操作箱防跳回路起作用。可见,这种“远方串联+就地并联”的配合方式可以保证两套防跳回路独立工作,互不干扰,很好地实现了防跳功能。
4 结束语
断路器防跳功能的实现是其操作回路设计的核心,尽管多种方式均可满足防跳要求,但仍需在充分理解整个回路的基础上审慎选择。
并联防跳回路简单,国外一般仅用此回路实现防跳功能;串联防跳回路是我国“四统一”要求的典型设计,接线稍复杂,但功能完善。两者单独使用均可实现断路器防跳功能,但两者如何选择目前无统一规定,现场临时改线导致问题时有发生。
“串联+并联”同时使用可能会引发冲突,在合闸监视回路串入断路器常闭辅助触点则可以解决此问题。
采用“远方串联+就地并联”方式自动切换两套防跳回路,既不存在两套回路不配合问题,也不存在取舍问题,原理简单,易于理解,适合现场推广。
当然,无论采取何种方式,均需通过防跳模拟试验检验其正确性。
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回路配合 篇2
在电网技术改造中,一些外国公司一次设备和国内保护装置二次回路不协调,显示了国外和国内的回路上设计思想的差异。对国外公司一些合理的设计我们应给予保留,同时经过回路改造使回路更合理,并符合我们的运行、操作习惯和公司的技术要求。下面对深圳电网220 kV中航站#1、#3主变保护更换中,保护二次回路与主变变高侧断路器机构的配合问题进行分析,提出较为合理的解决方案。
深圳电网220 kV中航站#1、#3主变原保护为国电南自公司WBZ-500微机保护,组屏为GZS-W292A、B屏,要更换成南京南瑞继保RCS978G2-SZ保护。#1、#3主变变高开关为三菱公司220 kVGIS组合电器开关。
1 断路器操作选择开关的回路改造
1.1 深圳电网对断路器操作选择开关的技术要求
操作机构选择开关应提供远方、就地、检修三个选择位置:
1)在远方位置,中调、地调能操作,保护能动作,就地不能操作;
2)在就地位置,中调、地调不能操作,保护能动作,就地能操作;
3)在检修位置,中调、地调不能操作,就地能操作,保护不能动作,要能发控制回路断线信号。
220 kV中航站为无人值班变电站,远方位置设置给调度员停送电操作的,同时在系统发生紧急情况下,调度员可以人为迅速隔离故障点,改变系统的运行方式,保证电网的安全稳定运行。正常情况下,断路器操作选择开关置远方位置。
就地位置,在调度员某些不能操作的情况下(如四遥回路故障),为了让值班员在变电站控制屏停送电而设置。在检修人员在现场处理不停电工作时,也应置就地位置。因为值班员在现场操作时或检修人员处理不停电工作时,远方就不能操作,以免调度误分合断路器对现场操作人员造成人身伤害的可能。
检修位置,在检修人员停电检修断路器时,不准调度员操作断路器或值班员在控制室操作断路器,也不准继保人员在保护室传动断路器,以免对断路器里面的检修人员造成人身伤害而设置。
考虑到在远方位置调度员送电或在就地位置值班员送电时,可能合闸与故障线路或故障元件,保护应能迅速动作跳开断路器;考虑到在就地位置检修人员做不停电工作时,可能误碰造成运行断路器跳闸,保护应能重合(这里指相应保护有重合闸的线路断路器),所以在远方、就地位置时,保护应都能动作于断路器,而检修位置,考虑检修人员人身安全,保护不能动作于断路器。
1.2 三菱公司断路器操作选择开关回路合理改造
深圳电网对断路器操作选择开关的技术要求在近年根据我们长期的运行经验基础上提出的充分考虑电网安全稳定和工作人员人身安全的技术要求,由于中航站在1989年投产,故断路器机构不能满足现在的技术要求,需要改造。
图1为三菱公司断路器的机构图,图纸只画了A相合闸回路和第一组跳闸回路,第二组跳闸回路及其他两相与图1类似。从图中可以看出,断路器选择开关只有就地、远方两个位置。由于机构封装严密,保护合闸只能接到CA,保护跳闸I接TIA,保护跳闸II接TIIA。所以在就地位置保护不能动作于开关,相当于技术要求的“检修位置”,故缺少了技术要求的“就地位置”。
解决办法:增加控制屏,在控制屏上对应每个220 kV断路器装设一个断路器操作选择开关(有就地、远方两个位置),接线如图所示,值班员在变电站控制屏合分、闸经控制屏选择开关的就地位置再到断路器机构箱,遥控合、分闸经控制屏选择开关的远方位置再到断路器机构箱,保护跳闸(主变没有重合闸)直接接到断路器机构箱的远方位置TIA(第二组跳闸为TIIA),这样两个断路器选择开关就形成下面的操作方式:
1)机构箱选择开关在远方位置,控制屏选择开关在远方位置,中调、地调能操作,保护能动作,控制屏、机构箱不能操作,相当于深圳电网对断路器操作选择开关的技术要求中的“远方位置”;
2)机构箱选择开关在远方位置,控制屏选择开关在就地位置,中调、地调不能操作,保护能动作,控制屏上能操作,相当于深圳电网对断路器操作选择开关的技术要求中的“就地位置”;
3)机构箱选择开关在就地位置,中调、地调不能操作,机构箱能操作,保护不能动作,并能发控制回路断线信号,相当于深圳电网对断路器操作选择开关的技术要求中的“检修位置”。
从上述分析中,可以看出,增加的控制屏上选择开关,为了让值班员在变电站现场停送电而设置。对比深圳电网对断路器操作选择开关的技术要求可以看出,经过在控制屏上增加断路器选择开关,达到我局对断路器操作选择开关的技术要求是异曲同工的效果。
2 断路器操作机构防跳回路与保护操作箱的配合
当断路器手合或自动重合到故障线路上而且合闸信号又较长时,为防止断路器跳开后又多次合跳,设置了防跳回路。
2.1 CZX-12操作箱防跳功能和三菱220 kV GIS开关机构防跳功能的实现
2.1.1 CZX-12操作箱的防跳功能
如图2(图中只画了A相和第一组跳闸线圈),当断路器跳闸时,跳闸回路经电流起动的跳闸保持继电器12TBIJa,12TBIJa的动合触点起动电压继电器1TBUJa,1TBUJa的动合接点再去起动电压继电器2TBUJa,1TBUJa、2TBUJa把合闸回路断开。1TBUJa要在开关跳位或跳闸令撤销时才返回;而2TBUJa要等合闸令撤销才返回,故当开关曾经在合位时,且跳闸令、合闸令同时存在时2TBUJa将合闸回路断开,使断路器稳定在跳闸位置。同样B、C相和第二组跳闸回路也是同样分析。
2.1.2 三菱机构箱的防跳功能
如图2(图中只画了A相和第一组跳闸线圈),52YA为A相防跳继电器,合闸令从就地或远方到点B5A控制断路器合闸到位后,其断路器常开触点52a闭合,起动防跳继电器52YA,并经52YA常开触点自保持,串接在合闸回路中52YA常闭触点断开合闸回路,直到合闸命令返回,达到防跳效果。
2.1.3 操作箱与机构箱防跳的比较[1]
1)操作箱防跳由跳闸控制回路电流线圈12TBIJa起动,经第一电压线圈1TBUJa传递,第二电压线圈2TBUJa保持,故12TBIJa、1TBUJa的动作时间应为断路器跳闸线圈励磁到断路器跳开,其常开触点打开的时间;2TBUJa的动作时间为断路器跳闸线圈励磁到合闸令返回的时间。
机构箱防跳在断路器常开触点起动,其动作时间应为断路器合闸到位,其常开触点闭合时启动,到合闸令返回的时间。
显然,机构箱的防跳继电器动作时间配合裕度相对较大。
2)对于220 kV及以上电压等级双跳闸断路器,操作箱为双跳闸线圈,操作箱由两组跳闸回路起动(图2中12TBIJa为第一组跳闸回路起动,22TBIJa为第二组跳闸回路起动),而机构箱防跳在合闸回路中起动,只需一组。
2.2 问题的出现
在验收#1、#3变更换后的保护时,断路器在合闸位置时,发现操作箱跳位灯亮,且断路器跳开后,断路器无法合闸。检查设计图纸如图2,由于在合闸位置,52a在合位,正电经TWJ、52a、52YA防跳继电器、到负电形成通路,这样就主要出现两个问题:
1)不管断路器在合位还是分位,TWJ都在动作状态,这就会造成保护装置逻辑判断和二次回路错误;
2)由于TWJ与机构防跳构成回路,造成合闸令收回后防跳继电器不返回,合闸回路一直被断开,只有人为断开断路器控制电源后防跳继电器才能返回,将合闸回路接通。
如在这种情况下,系统发生故障,保护跳开断路器,故障消除后手合断路器将会出现拒合,延迟系统恢复的时间。若为线路开关,将会出现瞬时故障重合不成功,影响系统的稳定运行。
2.3 问题的解决方法
解决设计图纸中TWJ继电器和防跳继电器52YA的动作问题,只要把他们连通的回路断开就行,有下面四种解决方法:(接线分别如图3(1)、(2)、(3)、(4)处所示)
1)把4D100、4D101之间连线解开,TWJ不再接入合闸回路,而是经过断路器常闭辅助触点52b直接接到负电。这种接法的缺点是TWJ不能监视合闸回路的完整性。
2)把4D100、4D101之间连线解开,TWJ直接接到断路器两个常闭接点52b之间,这时它能够监视合闸回路的合闸线圈、辅助触点和压力低接点并发控制回路断线,同时利用断路器常开触点和常闭触点串接断开防跳回路。
缺点是:当正常运行机构箱断路器选择开关被误打到就地位置时,这时发生故障时,延时恢复正常运行(若为线路开关,将会出现瞬时故障重合不成功,影响系统的稳定运行),但TWJ的位置是没法发出控制回路断线,不满足深圳电网对断路器操作选择开关的技术要求。
3)不把4D100、4D101之间连线解开,而是在合闸、跳位回路后面串接开关常闭触点52b再接到机构合闸回路,
这种方法克服前面两种方法的缺点,但又产生新的缺点:一方面断路器的常开触点和常闭触点串接使机构箱防跳回路失效,只剩下操作箱的防跳,又;另一方面若串入的辅助触点没转换到位,影响断路器的合闸回路,将造成断路器不能合闸。
4)把4D100、4D101之间连线解开,单独到开关机构串接开关辅助触点52b后,再在断路器选择开关前并接入机构的合闸回路。
这种接法克服了上述三种接法缺点:TWJ能监视机构整个合闸回路是否完整(包括选择开关);操作箱防跳和机构箱防跳都可以用;串入的辅助触点没转到位,不影响合闸回路。
2.4 问题的反思:原来主变保护操作箱跳位也是直接接到机构合闸回路,为什么原来跳位与合闸回路能正常运行?
回过来思考:原来是怎么解决TWJ与机构防跳的问题呢?查看图纸发现原来保护跳位也是直接接到机构合闸回路,那么为什么原来回路能正常运行?
原来国电南自公司WBZ-500微机保护,其分相操作箱如图4所示(只画A相),仔细查看会发现,其TWJa后串接了一个电阻RTWJa,而南瑞CZX-12的厂家图纸中TWJ后面没有串接电阻(可能有电阻,但阻值小),于是我们有理由相信:
1)WBZ-500微机保护分相操作箱防跳继电器TWJa、RTWJa回路与52YA、R3串接后,52YA的分压少于其返回电压(当然也达不到动作电压),合闸令撤销后52YA就可以返回,不影响合闸回路。
2)WBZ-500微机保护分相操作箱防跳继电器TWJa、RTWJa回路与52YA串接后,TWJ的分压少于其动作电压,使断路器在合位时,操作箱跳位灯不会亮。
而52YA与南瑞保护操作箱CZX-12的TWJ串联后分压达到52YA的动作电压,断路器在合位52YA与TWJ地串接就能起动52YA,把合闸回路断开。(当然52YA与R3、TWJ串联后分压达到52YA的返回电压,合闸令撤销后52YA就不可以返回,也会断开合闸回路)。
同样,南瑞保护操作箱CZX-12的TWJ与52YA串联后分压达到TWJ的动作电压,断路器在合位时,52YA与TWJ串接就能起动TWJ,操作箱跳位灯会亮。
3 断路器操作机构跳、合闸回路电阻与保护操作箱跳合、闸电流的整定
为了考虑到断路器跳、合闸及防跳回路动作可靠,动作电流不能太小;为了不烧坏跳、合闸继电器,动作电流不能太大。所以应该根据跳、合闸回路电阻来选择跳、合闸电流的大小。
CZX-12R2操作箱出厂时跳合闸电流整定为0.5 A,可以根据实际情况整定跳线可以得到0.5～4 A的跳合闸电流。
在三菱GIS厂家元件资料中阅读到主要信息如表1。
从表1可以看出合闸线圈52C电阻为33Ω,跳闸线圈52T1/2电阻为19Ω,合闸电阻R1为60Ω,跳闸电阻R2为70Ω。
而跳闸回路电阻主要就在跳闸线圈、跳闸电阻上;合闸回路电阻主要就在合闸线圈、合闸电阻上。故合闸回路电阻约为33+60=93Ω;跳闸回路电阻约为19+70=89Ω。
当断路器在分位时,在保护屏操作箱解开合闸负电接线和A相合闸出口接线,用万用表实际测得合闸回路电阻为105Ω。同样,其他两相合闸回路电阻也为105Ω。
当断路器在合位时,在保护屏操作箱解开第一组跳闸负电和第一组A相跳闸出口接线,用万用表实际测得跳闸回路电阻为103Ω。同样,其他两相跳闸回路及第二组跳闸回路三相电阻也为103Ω。
中航站直流电为220 V,故把合闸回路及两组跳闸回路的三相操作箱跳合闸保持电流都整定为2.5 A。整定后,断路器跳、合闸传动试验与防跳试验都正常。
4 保护操作箱电源的选取
三菱公司220 kVGIS控制电源的配置如图5,直流屏直流电源(1BP、1BN)经断路器第一组控制电源空气开关8D11后为11BP、11BN,即为图1断路器控制母线11BP、11BN,为合闸回路和第一组跳闸回路控制电源。
如图1,控制电源正电11BP分为两路:一路经就地位置送到就地合闸、分闸回路
(其中就地合闸经机构闭锁回路);一路经机构闭锁回路后(11BP1)送到主控室。
机构闭锁回路如图6所示,DS11、DS12、DS13分别为I母刀闸、II母刀闸、主变刀闸的辅助触点。即断路器必须在热备用状态,远方才能合闸,以免检断路器在冷备用或检修状态时,远方误合断路器伤害现场工作人员;断路器必须在冷备用或检修状态,就地才能合闸,即不允许现场工作人员带电合断路器,以免合闸时断路器异常造成人身伤害,同时防止现场工作人员操作时走错间隔误合热备用断路器。
从上面分析可以看出,机构闭锁是合理的,应给予保留。
Fig.6 Breaker interlock of Mitsubishi Company
设计图纸中11BP1提供给遥控屏、控制屏及操作箱使用。但是,这样又出现问题:如果机构闭锁出现问题,则操作箱失去正电,这时主变发生故障,开关将拒动。
故操作箱电源不应经过任何的闭锁回路。应再敷设电缆,把没经闭锁的正电11BP引到保护操作箱(如图1的虚线),而遥控屏、控制屏用正电11BP1。
同样,第二组跳闸回路电源也应该作相应的改动。
5 结论
本文对保护控制回路与断路器机构配合中常见的几个注意问题进行分析改造,提出解决问题的思路:既要保证回路的正确性,又应尽量保证回路的合理性,同时要符合我们自己的技术要求和运行习惯。
参考文献
回路配合 篇3
2009年4月,在南方电网某500 k V变电站断路器保护定检过程中,发现某500 k V断路器完成单跳单重试验后,就地操作机构箱内三相防跳继电器会偶尔出现不复归的现象;而检查另一断路器操作箱,又发现操作箱内A相和C相的合闸保持继电器(HBJ)烧毁。
针对这一问题,本文结合现场所采用的断路器操作箱和就地操作机构内的合闸回路接线方式、继电器设备的参数及相关试验深入分析了异常原因,并提出了改进建议。
1 常见的断路器合闸回路简介
断路器作为电力系统的重要元件,其操作回路在断路器合、切一次回路过程中起着重要的辅助和保护作用[1]。常见的断路器合闸回路示意图如图1所示。
操作箱是保护装置与断路器之间的接口装置又是远方操作断路器的执行装置,图中ZHJ为重合闸辅助触点,SHJ为手合命令的辅助触点;HBJ为合闸保持继电器,通过并接分流电阻1,2,…,n,产生合闸所需的电流;HBJ′为其辅助触点。
图中的防跳回路分为两类,一类是操作箱内的防跳回路,一类是就地操作机构内的防跳回路。防跳回路的目的就是为了防止出现断路器跳跃现象——断路器跳跃指的是合闸回路出现了故障(如触点粘连、机构卡死等),在断路器关合有预伏短路故障电路时,多次分合断路器的现象;或是当断路器机构有问题(如机构脱扣,发生偷跳),不能使断路器正常合闸,而断路器合闸脉冲仍未解除,断路器反复合闸分闸的现象。
如果合闸回路发生故障(如触点粘连)时又发生了系统故障,保护动作启动断路器跳闸的同时,操作箱内的防跳回路将启动,断开合闸回路,从而可靠防止断路器跳跃故障的发生。
而在断路器完成合闸后,随着机构箱内防跳回路中断路器位置辅助触点的闭合,防跳继电器将励磁,并断开它连接在合闸回路中的辅助触点,从而断开了合闸回路,也防止了断路器跳跃故障的发生[2,3]。
不过,设计规程要求,断路器合闸回路中,只能采用一套防跳回路。有的工程中,取消了机构箱内的防跳回路;而有的工程中,则通过短接操作箱内防跳回路的方式实现[4,5]。
2 断路器操作箱和就地操作机构内合闸回路配合不当可能引发的问题
国内的断路器操作箱往往采用了分相合闸的方式,而就地操作机构中的合闸回路,部分国外设备采用的却是三相一起合闸的操作方式[6,7]。
上述500 k V变电站内,其断路器操作箱选用了国电南自的FCX-22HP型操作箱,断路器选用了日本三菱电机的500-SFMT-63F型HGIS,设计时短接了操作箱内的防跳回路。其合闸回路如图2所示。
图2中,HBJ继电器型号为JHX-2F/B-025-(10S)-055-2H2D-1,额定电流为0.25 A,启动电流为0.15 A,释放电流为0.03 A,最高允许直流电流为0.3 A;通过并联了1个相同等值阻抗、1个0.5倍等值阻抗、1个0.25倍等值阻抗的电阻,产生合闸所需的电流,SHJ型号为ST2-DC24 V,工作时间为15 ms以下(约10 ms)。
就地操作机构内的防跳继电器型号为SRD-N8CN(4a4b,IKO-53051-1),启动直流电压为110 V,额定直流电压48 V,等效阻抗为335Ω,串联自保持电阻为500Ω。
2.1 SHJ三相触点闭合的不完全一致性,可能造成HBJ过载烧毁
SHJ三相触点的动作不可能完全一致,对某断路器操作箱生产厂家的多个SHJ/ZHJ三相触点动作时间进行测试,结果如表1、2所示。
显然,SHJ三相触点动作存在着一定的不一致性。而对于采用图2所示的合闸回路,如果SHJ三相触点的动作不一致,完全可能出现合闸瞬间仅有单相SHJ触点或两相SHJ触点闭合,却必须为三相断路器合闸提供电流,此时的等效回路图如图3或图4所示。
以断路器单相合闸所需的电流为2 A进行估算,这时如图3所示的HBJ上将承受的电流约为:
远远超过了其最高允许直流电流0.3 A,很有可能造成HBJ烧毁。
如果是两相触点闭合稍快,等效电路图如图4所示,此时这两相HBJ上各承受电流约为0.375 A,同样超过了其最高允许直流电流0.3 A,存在烧毁HBJ的可能性。
这也就是上述南方电网500 k V变电站断路器操作箱内HBJ烧毁的原因,烧毁的HBJ如图5所示。
2.2 三相HBJ释放电流及返回动作的不完全一致性,可能造成单跳单重后防跳回路仍然保持
三相HBJ的释放电流不可能完全一致,对某断路器操作箱生产厂家的多个HBJ(启动电流150 m A,释放电流30 m A)特性进行测试,结果如表3。
显然,不同HBJ继电器的特性差别较大,尤其是释放电流,这可能造成保护动作、启动单跳单重后,某一相或是两相的HBJ率先返回,而所有回路电流将流过剩下的HBJ继电器,导致其无法返回,因此,机构内的防跳继电器将仍然保持。
假设保护动作、启动单跳单重且单相合闸完成后,某一相的HBJ释放电流稍高或辅助触点断开略慢于其它两相。这种情况下,动作较快的其它两相HBJ复归后,等效回路图如图6所示。
此时,回路电流为:
流经HBJ的电流为:
显然,IHBJ>0.03 A,即使考虑其它干扰因素,该HBJ承受的电流仍大于其释放电流值,所以将造成HBJ仍然保持,三相防跳回路仍然启动的现象。随着三相防跳继电器的励磁,三相合闸回路将被断开,如果再次发生单相故障,需要启动单相重合闸时将无法实现,丧失了通过重合闸、恢复正常运行的机会。
3 改进建议
3.1 选择参数合适的HBJ、防跳继电器及其自保持电阻
在不改变原有设计接线的基础上,合理选择HBJ、防跳继电器及其自保持电阻的参数,确保既满足断路器操作电流的要求,又能在防跳回路导通后保证HBJ正确返回。
这种方案实施难度较小,仅需更换断路器操作箱的板卡。但是,它并没有从根本上解决问题,不仅需要合理选择参数,而且就地操作机构内合闸回路仍采用同相操作,SHJ/ZHJ仍存在损坏的风险。
3.2 采用断路器操作箱内的防跳回路
设计规程明确要求采用一种防跳措施,因此,可以考虑采用断路器操作箱内的防跳回路,而取消机构防跳回路,从而可以避免单跳单重后就地操作机构内防跳继电器无法复归的问题。
改进后的回路如图7。
采取这种改进方案,实施时需要投入操作箱内的防跳回路、退出机构内防跳回路。但是,SHJ/ZHJ同样存在损坏的风险。
3.3 采用分相合闸操作的方式
大部分断路器合闸操作均采用了分相操作的方式,但上述变电站断路器就地操作机构采用了三相同时合闸的方式,从断路器操作箱内用同一根电缆送出三相合闸信号。对此,也可以考虑进行如图8改进。
采用这种方案改进后,上述问题都不复存在,但是,这种方案工作量较大。
4 结论
断路器操作箱和断路器一般由不同的厂家提供,目前国内大部分高压断路器采用了分相合闸的操作方式,但是,也有少部分国外厂家生产的断路器就地操作机构采用了三相同时合闸,实际工作中发现,采用国内习惯的分相合闸方式的断路器操作箱和采用三相同时合闸的就地操作机构的配合可能出现问题。
这一问题在理想情况下较难出现,然而,由于断路器操作箱内继电器的特性不可能完全一致,因此,很可能诱发SHJ/ZHJ烧毁、HBJ无法返回等问题;如果同时发生触点卡涩或防跳继电器故障,甚至可能造成断路器跳跃。本文根据某变电站断路器保护定检过程中发现的异常,结合现场接线、设备参数及相关试验,对这些问题进行了深入分析,并提出了改进建议。
采用分相合闸方式的断路器操作箱和采用三相同时合闸的就地操作机构的配合存在问题,随时可能会损坏设备,甚至可能对电网造成冲击,因此,采用了上述设计方案的厂站应尽快考虑改进,而在今后的设计施工中,应尽量避免采用这一接线方式。
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回路配合 篇4
1 断路器储能电源消失信号的加入
在原西开厂的开关中, 采用空压机充压的方式为开关进行储能, 在空压机的电源回路中有引自监控回路的电源消失信号。而在本次更换的西门子断路器中, 是通过直流电机对机构内弹簧进行储能, 储能电机电源监视厂家只设计了“储能电机过载”信号, 对储能电源消失没有监视, 一旦储能电源消失“储能电机过载”信号也发不出信号, 运行人员很难发现, 并且断路器有可能造成拒动, 这样的后果十分严重。由此应在断路器汇控柜中加装一直流220V储能电源监视继电器 (如图1中方框内部分) , 对储能电源进行监视, 并将此信号即“储能电源消失”引入监控。并且经过讨论, 此信号在汇控柜的接引用原设计回路中“合闸弹簧释放”一路端子。
2 保护操作箱与断路器操动机构防跳回路的配合
2.1 操作箱的防跳功能
当断路器手合或自动重合到故障线路而且合闸信号又较长时, 为防止断路器跳开后又多次合跳, 设置了防跳 (跃) 回路。当断路器跳闸时, 跳闸回路经防跳继电器TBJ的电流启动线圈启动防跳继电器, 一方面对跳闸回路自保持, 另一方面其串接在合闸回路的常闭接点断开, 合闸接点与TBJ常开接点接通防跳继电器TBJ的电压保持线圈, 使得TBJ保持直至合闸令撤销、并且跳闸令也撤销, 从而在跳、合令同时存在时将合闸回路断开, 断路器稳定在跳闸位置。
2.2 机构箱的防跳功能
进口开关机构箱中的防跳继电器并联在合闸回路中, 手合或重合操作使得开关合闸后, 由开关常开辅助触点启动防跳继电器, 并经防跳继电器常开触点保持, 直到合闸命令撤消, 防跳继电器返回。防跳继电器动作时常闭打开, 断开合闸回路, 一次合令只能控制合闸一次, 达到防跳效果。
2.3 操作箱防跳和机构箱防跳特性的分析比较
1) 操作箱防跳由跳闸控制回路启动, 其防跳继电器的动作时间应小于断路器跳闸线圈励磁到断路器跳开, 其常闭辅助触点接通 (具备合闸条件) 的时间。操作箱内防跳继电器还兼有跳闸保持的作用。机构内防跳由断路器常开辅助触点启动, 其动作时间应小于断路器合闸过程中该常开辅助触点闭合至断路器随即跳闸、常闭辅助触点接通 (具备合闸条件) 的时间。机构箱内防跳继电器的动作时间配合裕度相对较大;
2) 对于双跳闸线圈断路器, 操作箱的防跳继电器由两组跳闸回路启动, 两组防跳继电器的常闭触点串联的在合闸回路中。机构箱内防跳继电器仅需要1组, 设置在合闸回路中;
3) 操作箱内防跳继电器由于不便于引用机构箱内断路器辅助触点而采用跳闸回路启动, 合闸回路保持的方式, 有的为同一继电器电流线圈启动、电压线圈保持的方式, 2组线圈极性需要配合。机构内的防跳继电器用断路器常开辅助触点启动, 防跳继电器为单线圈、自保持方式, 不存在极性问题。
2.4 实际应用
操作箱防跳 (大峡水电厂0号机组采用CZX-12A型操作箱) 如图2所示 (图中只画了A相和第一组跳闸线圈) , 当断路器跳闸时, 跳闸回路经电流起动的跳闸保持继电器12TBIJa, 12TBIJa的动合触点起动电压继电器l TBUJa, 1TBUJa的动合接点再去起动电压继电器2TBUJa, 1TBUJa、2TBUJa把合闸回路断开。1TBUJa要在开关跳位或跳闸令撤销时才返回;而2TBUJa要等合闸令撤销才返回, 故当开关曾经在合位时, 且跳闸令、合闸令同时存在时2TBUJa将合闸回路断开, 使断路器稳定在跳闸位置。同样B、C相和第二组跳闸回路也是同样分析。
断路器机构箱的防跳功能 (西门子3AP1-FI) 如图3所示 (图中只画了A相和第一组跳闸线圈) K75LA为A相防跳继电器, 合闸令从就地或远方到点Y1LA控制断路器合闸到位后, 其断路器辅助触点63;64闭合, 起动防跳继电器K75LA, 并经K75LA常开触点自保持, 串接在合闸回路中K75LA常闭触点断开合闸回路, 直到合闸命令返回, 达到防跳效果。
2.5 问题出现
在装置更换后的调试过程中发现, 断路器在远方操作时, 只能完成一次合、跳闸过程, 并且需要断电一次后才能进行继续操作, 同时发现操作箱跳位灯亮。经过仔细检查发现, 原来厂家设计图纸中 (如图3中方框部分) 将该部分短接, 导致防跳继电器K75LA一直处于接通状态, 使开关合闸回路一直被断开。这样就会出现几个问题: (1) 不管断路器在合位还是分位, TWJ都在动作状态, 这就会造成保护装置逻辑判断和二次回路错误; (2) 由于TWJ与机构防跳构成回路, 造成合闸令收回后防跳继电器不返回, 合闸回路一直被断开, 只有人为断开断路器控制电源后防跳继电器才能返回, 将合闸回路接通。如在这种情况下, 系统发生故障, 保护跳开断路器, 故障消除后手合断路器将会出现拒合, 延迟系统恢复的时间。若为线路开关, 将会出现瞬时故障重合不成功, 影响系统的稳定运行; (3) 而且断路器在远方操作时, 同时使用了操作箱和机构箱的防跳功能, 造成寄生回路, 影响断路器的安全稳定运行。
2.6 解决方法
如果只保留断路器操作箱防跳回路, 那么断路器在就地操作 (一般是在检修) 时将失去防跳闭锁功能, 无法保护断路器;而机构防跳的运行环境比操作箱防跳恶劣, 因此对防跳继电器的要求较高, 而且不能可靠监视防跳回路的工作状况。所以在确保断路器控制回路不存在寄生回路的前提下, 可以将断路器机构防跳回路和操作箱防跳回路同时保留:远方操作时, 使用断路器操作箱防跳回路;就地操作时, 机构防跳回路发挥防跳的作用。而这只需要在断路器机构防跳回路中进行简单的改造, 即将图3中虚线部位的短接线拆除。对回路进行改动后继续进行试验, 断路器跳、合闸及防跳回路都正常。
3 开关本体三相不一致的投入
3.1 投入依据
根据《继电保护及安全自动装置技术规程》GB/T 14285-2006第4.1.15规定“对220~500k V断路器三相不一致, 应尽量采用断路器本体的三相不一致保护, 而不再另外设置三相不一致保护;如断路器本身无三相不一致保护, 则应为该断路器配置三相不一致保护。”原西安高压开关不具备三相不一致功能, 因此2000DL三相不一致功能由发变组保护C柜实现, 通过本次开关改造后2000DL三相不一致功能由开关本体实现, 取消保护C柜三相不一致功能因此、将0号机保护装置“三相不一致”功能退出, 通过断路器本体实现三相不一致功能。
3.2 实现方法
1) 在RCS-974非电量保护装置中, “非全相跳高压侧”出口与“主变重瓦斯”和“冷却器故障”并联后由一个硬压板8LP7、8LP8开出 (如图4所示) 。因此, 若考虑从硬压板退出该保护功能后势必会导致并联在该压板的其他保护功能也随即退出, 显然这种方法不可取。只有通过装置面板修改内部控制字的方法来实现退出FQX1和FQX2;
2) 虽然已经通过修改软控制字的方法将装置“非全相跳高压侧”的保护功能退出了, 但保护装置工作现场环境复杂, 震动、电磁干扰相对较大, 对软控制字的退出是否可靠也存在不能确定的因素。因此, 为了能更加可靠的保证装置保护装置功能的退出, 决定将引出线与装置彻底断开, 使其具有一个明显的断开点, 所以将接线处的端子723、724、725、726上的接线完全拆除, 这样一来即便软控制字可能由于种种原因而投入, 但实际开出部分的连线已被拆除, 也不会导致保护装置因为该功能而去误跳开关。
按照上述方法对保护装置进行改造后, 对开关进行三相不一致试验, 开关本体动作正确装置显示正常。
4 发变组保护操作箱中跳、合闸插件电流的整定
为了考虑到断路器跳、合闸及防跳回路动作可靠, 动作电流不能太小;为了不烧坏跳、合闸继电器, 动作电流也不能太大。所以根据跳、合闸回路电阻来选择跳、合闸的电流大小。
0号机CZX-12A操作箱在与西开厂开关配合使用时跳、合闸电流整定为2A, 可根据用户实际使用情况整定跳线可以得到0.5-4A的跳、合闸电流。
根据西门子厂家给出的数据合闸线圈的功率为225, 分闸线圈功率为198W, 电站所使用的直流电为220V, 通过计算可知合闸线圈电流为1.023A, 分闸线圈电流为1.111A。故把合闸回路及两组跳闸回路的三相操作箱跳合闸保持电流都整定为1.1A。具体方法是跳闸保持电流将FTHL板上的1A档的跳线剪断, 合闸保持电流将FHHL板上1A档的跳线剪断即可。整定后, 断路器跳、合闸传动试验与防跳试验都正常。
5 结束语
随着科技的发展和电力系统设备的不断更新, 总会存在新、旧设备, 进口与国产设备的相互配合的很多复杂的问题。这次通过自身所遇到的对保护控制回路与断路器机构配合中常见的几个注意问题进行分析改造, 提出解决问题的思路:既要保证回路的正确性, 又应尽量保证回路的合理性, 同时要符合自己的技术要求和运行习惯。希望能引起继电保护专业人员的重视, 努力提高保护的可靠性, 为系统的安全稳定运行做出应有的贡献。
摘要：对大峡电站0号机组高压侧断路器, 原西安高压开关厂生产的LW15-252型断路器, 更换为杭州西门子高压开关厂生产的3AP1-FI型断路器。在更换过程中遇到0号机组发变组保护装置控制回路与3AP1-F1型断路器操作机构配合问题, 主要说明南瑞继保公司RCS-985保护 (CZX-12A操作箱) 与杭州西门子3AP1-FI型断路器配合过程中出现的操作箱与机构防跳、操作箱跳合闸电流及储能电源信号选取的问题, 并对施工设计图纸中控制回路不合理的地方提出了解决办法。
关键词：控制回路,信号,防跳,操作机构,跳合闸电流
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