110kV断路器控制回路设计缺陷分析及改进措施.pdf

: / 断路器控制回路设计缺陷分析 及改进措施 钟著辉 (国网湖南省电力公司常德供电分公司 湖南 常德 ) 摘 要: 通过对断路器控制回路进行分析 发现其回路设计存在不足 针对这些不足对 回路进行改进 增加机构电源监视元件 把合闸闭锁改为已储能控制方式 杜绝未储能 时发生合闸操作可能 直接从密度继电器接点接取遥信 以提高可靠性和消除故障 隐患 关键词: 合闸线圈 控制回路 闭锁 中图分类号: 文献标志码: 文章编号: () 收稿日期: 改回日期: 目前在中低压电网中普遍采用 弹簧操作机 构断路器 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 现以 断路器 控制电路为例进行分析 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 并提出了改 进措施 控制回路原理分析 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 图 为该型断路器操作机构电气控制原理接线图 其中实线框内电路为与之配合的保护操作箱简化接 线 图 中: 防跳 (当用操作箱防跳时 该元 件线圈需断开) 合闸 分闸 为 气压低告警 为 气压低闭锁 储能中 闸 储能控制 就地/ 远方切换 就 地操作 合闸 分闸 跳闸保持 合闸保持 合位监视 分位监视 远方合闸控制回路 操作箱 电源 ( 正极) 线圈端子 () () () 构成回 路 启动 合闸 并使 吸合 闭 合 实现合闸自保持 合闸成功后 断开 合闸返回 图 断路器机构控制回路图 远方分闸控制回路 操作箱 电源经 电流线圈 端子 () () 线圈 构成回路 启动 跳闸 并使 吸 合 闭合 实现跳闸自保持 跳闸成功后 断开 跳闸返回 正常运行时应置远方 为就地操作 第 卷第 期 湖 南 电 力 年 月 开关 断路器检修时 将 置就地位 可由 就地操作 储能控制与合闸闭锁回路 为带有延时触点的储能中间继电器 在未 储能时 闭合 吸合 () 接点断 开 闭锁合闸回路 并由 () 接通储能控 制回路接触器 () 驱动电机储能 吸合后 开始计时 当达到设定时限 没有断开 线 圈回路时 () 储能超时接点接通 断开 切断储能电机供电 低气压报警与跳合闸闭锁回路 为 气体密度监视重动继电器 当 气压下降时 () 接通 动作 并在最低 气压时 () 接通 动作 () 接点断开 () 接点断开分别闭锁跳合闸 操作回路 状态监视及信号回路 当断路器在分位时 图 中操作箱 电源 端子 机构合闸回路 吸合 当断路器在合位时 操作箱 电源 端子 机构分闸回路 吸 合 若发生操作回路异常 和 均不动作 发控制断线信号 图 中 不动作时 () 常闭接点 发合闸簧已储能信号 吸合时 () 发 气压低信号 吸合时 () 发 气 压低闭锁信号 存在的问题分析 图 中 在正常工况 即断路器已 储能、 气压正常时 均不带电 由此可能会带来一 系列问题 断路器操作 电源缺乏有效监视 如图 所示 断路器操作电源 接自操 作箱电源 在断路器机构电路中 远方 操作箱跳合闸回路只与 有关 与 无关 当 掉电时会造成跳合闸回路不通 由于 或 位置继电器均不吸合 发控制断线信号 但 当 失电 回路仍会表现正常 保护装置无任何 异常信号发出 而实际上此时断路器的 压力闭 锁回路、 储能控制回路及相关信号回路均已失效 如果此时进行合闸操作 合闸弹簧又恰未储能 储 能中间继电器 无 电源不能吸合 远方收不到 机构未储能信号 断路器合闸回路不能被闭锁 合 闸后回路通过操作箱 将合闸回路保持导通 导致合闸线圈不能断电而烧毁 如果断路器本体 压力降低 也不能发信和闭锁操作 对断路器 的状态失去掌控 可能在 气压异常时发生断路 器跳合闸 而埋下事故隐患 储能控制及闭锁回路不可靠 如图 储能闭锁回路取自 常开 储能信 号取自 常闭 只在未储能时动作 已储能 时不动作 但 不动作 不代表已储能或该回路 完好 当 线圈损坏、 或发生 电源掉电、 或 接点损坏 同样会导致 不动作 后果是断路 器在合闸后不能储能 且不能被发现 闭锁回路失 效 在下一次合闸时直接烧线圈 监视信号设置不当 如图 接致控制屏的 告警和闭锁信号 分别取自 常开接点 同样 不动 作 不代表气压正常或该回路完好 当发生 电 源掉电、 或 线圈损坏 均无异常信号 操 作回路不能被闭锁 故障案例 对某新建 间隔断路器控制回路进行调 试 该断路器型号为 采用弹簧储能操 作机构 调试人员先在断路器就地进行操作 就地 分、 合闸试验及储能均工作正常 然后改在控制室 操作 第 次操作正常 第 次合闸操作时发现断 路器不变位 仍显示跳位 随后跳位指示灯灭 并 发控制断线信号 检查发现控制电源空开跳闸 测 量控制电源正、 负极之间无短路 测量合闸回路电 阻只有 说明已短路 现场检查发现合闸线圈 已烧毁 断路器在分位 处于未储能状态 更换线圈后 先手动储能、 手动操作 断路器 工作正常 由此排除机构故障的可能性 烧线圈应 是由电气回路异常引起 但检查全部控制回路、 电 机储能回路、 各元件均正常 再次给电后试操作 断路器就地/ 远方均能正常操作 检查故障时后台机事件报文 发现在故障前的 一次合闸后 未报送断路器未储能动作信号 正常 时应有一次未储能动作和返回信号 分析原因为在 前次合闸释能后 弹簧一直处在未储能状态 而且 第 卷第 期钟著辉: 断路器控制回路设计缺陷分析及改进措施 年 月 储能控制继电器 () 也没有动作闭锁合闸回路 导致在下次操作时 在未储能状态下接通了合闸回 路 由保护操作箱 合闸保持 合闸回路持续 接通 从而烧线圈和引起控制空开跳闸 由于机构内各元件故障已排除 从前面的分析 可知 唯一可能的原因是操作 电源出了问题 当 因某种原因消失时 储能回路失效 因 不 动作 合闸闭锁回路失效 断路器控制回路仍会表 现正常 远方仍可进行跳、 合闸操作 查 正 常 拆下从控制室过来的 电源 () 电缆线检 查 发现剥出线头太短 紧线螺丝完全压在了导线 的塑料外皮上 因机构在跳合闸时 有较大震动 导致线头有时接触不良 合闸后 不能动作储 能 但合闸回路仍表现正常 发生未储能合闸烧坏 线圈 改进措施 通过上述分析及故障案例可看出 该型断路器 控制回路的主要问题为: 操作电源 异常时无信 号 机构储能、 低气压告警等异常信号监视 均经重动中间继电器启动 有信号时动作 无信号 时不动作 而其动作与否首先是建立在回路及自身 完好基础上的 其完好性没有进行监视 在这部分 回路或元件出故障时等同于无信号 存在事故隐 患 图 为改进电路图 虚线框内为变动部分 增加机构箱电源回路监视 在机构箱控制回路电源尾端 增加 继电器 监视电源回路 电源异常时向控制室发掉电信号 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 用作机构储能监 视 在机构已储能时动作 用 常开接点取代原 常闭接点用作合闸闭锁 彻底排除未储能时发 生合闸操作隐患 并用其 对常闭接点发未储能 信号 增加密度继电器信号接点 为防止 异常时 失出 气压监视和 操作闭锁 在 的信号接点并接密度继电器 的另一组告警接点 和 保证 告警 信号不会因 或回路出现问题而失去监视 改进后 要求密度继电器 具备有双组接点 输出 图 机构箱改进电路图 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 所示类似 文中提出的问题具有普遍性 去 机构箱的正电源通常被等同为就地操作正电源 长 期以来对其完好性没有引起足够的重视 实际上 这类操作机构的正电源除进行断路器就地操作外 还要完成储能控制、 压力闭锁控制、 发信等重要功 能 已成为控制回路的重要一环 必须对该电源进 行监视 断路器机构未储能闭锁回路 有的采用已储能 时控制元件动作、 接通合闸回路 也有的类似于本 型断路器电路 采用未储能时控制元件动作、 断开 合闸回路 后者的优点是储能监视继电器只在未储 能时动作 不会长期带电 有利于延长使用寿命 缺点也已显现 但为了最大限度保证设备安全运 行 宜采用前者 而对于密度继电器信号监视回路 接点信号宜 直接从密度继电器本身取远方信号 不应只取自断 路器机构重动中间 但大多数 密