断路器分、合闸控制回路自保持可能带来的运行安全隐患及其反事故措施的探讨

断路器分 合闸控制回路自保持可能带来的运行安全隐患断路器分 合闸控制回路自保持可能带来的运行安全隐患 及其反事故措施的探讨及其反事故措施的探讨 XX 供电段 陈兵 问题的提出 问题的提出 目前 在变电所自动化系统断路器控制回路中 为保证可靠分 合闸均采用了分 合 闸回路保持元件 这种设计在断路器机构或辅助开关故障时易损坏控制回路元件 从多年 来的现场实际运行经验来看 也较多的反应了这种设计在断路器机构或辅助开关故障时易 损坏控制回路元件 主要易导致分闸 或合闸 线圈烧毁 对于电磁机构 还会同时烧毁 合闸接触器线圈及大合闸线圈 有时甚至会烧毁保护装置操作插件 既造成直接经济损失 又给事故处理和设备维护更换造成困难和较大工作量 针对这种问题 提出在自动化系统 断路器控制回路中增加延时自复位装置的改进措施 并确定继电器的选型 改进后的断路 器控制回路既能使分 合闸线圈可靠工作 又不至于时间太长 能很好的起到防止设备烧 损事故的发生 保护装置自保持不复位的原理分析 保护装置自保持不复位的原理分析 目前的微机保护控制回路全部带有跳 合闸自保持回路 见附图 本文以 WXB 65 微 机保护装置为例加以说明 即不论是手动操作 还是自动操作 只要分 合闸命令发出以 后 分 合闸回路就一直处于自保持状态 直到开关分下 或合上 以后 依靠断路器辅 助开关接点的切换 断开分 合闸回路及分 合闸电流 如果由于种种原因开关没有分下 或合上 或者是分下 或合上 以后断路器辅助开关触点没有切换到位 则分闸 或自动跳闸 合 闸 回路将一直处于保持状态 这样一直持续下去 会把分闸 或 合闸 线圈烧毁 对于电磁机构 还会同时烧毁合闸接触器线圈与大合闸线圈 有时甚至 会烧毁保护装置操作插件 烧毁断路器分 合闸线圈的原因分析烧毁断路器分 合闸线圈的原因分析 A A 导致断路器分闸线圈烧毁的原因主要有以下四种 1 分闸机构机械故障 线圈松动造成断路器分闸时电磁铁铁芯移位 使铁芯卡涩 造成线圈烧毁 或由于铁芯的活动行程短 或脱扣机构死点过低 当接通分闸回路电源时 铁芯顶不开脱扣机构 分闸回路继电器自保持 使线圈长时间通电 导致烧毁 2 行程和辅助开关触点调整不当 在调整断路器参数时 改变了断路器分闸位置的 初始状态参数 而辅助开关分闸位置的初始状态未做相应调整 这将导致辅助开关不能正 常切换分闸回路 分闸回路继电器自保持 使分闸线圈长时间通电导致烧毁 3 保护控制装置故障 分闸指令是由保护控制装置发出的 若装置内的分闸继电器 出现故障 如接点粘连 或分闸控制回路辅助开关触点动作行程较大 造成分闸指令不能 及时撤出 分闸回路继电器自保持 就会使分闸线圈长时间带电而烧毁 4 分闸回路电阻偏大 分闸线圈回路绝缘降低 或是控制回路线径过小造成回路电 阻偏大 使得分闸控制回路电压降较大 导致分闸线圈分压达不到线圈分闸电压的动作值 或虽动作但出力不足或低压分闸试验不合格 铁芯顶不开脱扣机构 分闸回路继电器自 保持 使分闸线圈长时间带电烧毁 B B 导致断路器合闸线圈烧毁的原因主要有以下四种 1 合闸机构机械故障 线圈松动造成断路器合闸时电磁铁铁芯移位 使铁芯卡涩 造成线圈烧毁 或由于铁芯的活动行程短 当接通分闸回路电源时 铁芯顶不开释能机构 合闸回路继电器自保持 使线圈长时间通电 导致烧毁 2 行程和辅助开关触点调整不当 在调整断路器参数时 改变了断路器分闸位置的 初始状态参数 而辅助开关合闸位置的初始状态未做相应调整 这将导致辅助开关不能正 常切换合闸回路 合闸回路继电器自保持 使合闸线圈长时间通电导致烧毁 3 保护控制装置故障 合闸指令是由保护控制装置发出的 若装置内的合闸继电器 出现故障 如接点粘连 或合闸控制回路辅助开关触点动作行程较大 造成合闸指令不能 及时撤出 合闸回路继电器自保持 就会使合闸线圈长时间带电而烧毁 4 合闸回路电阻偏大 合闸线圈回路绝缘降低 或是控制回路线径过小造成回路电 阻偏大 使得合闸控制回路电压降较大 导致合闸线圈分压达不到线圈合闸电压的动作值 或虽动作但出力不足或低压合闸试验不合格 铁芯顶不开释能机构 合闸回路继电器自 保持 使合闸线圈长时间带电烧毁 防范烧毁可采取以下措施 防范烧毁可采取以下措施 综上所述导致断路器分 合闸回路长时间保持线圈烧毁的关键因素是 断路器的分 合闸控制回路辅助开关触点没有及时切换到位或切换后不到位引起 由此可得出以下三个 防范措施 一是将分 合闸回路的延时动合 或动分 触点改接为一对动合 或动分 触点 并 经常检查辅助开关的触点及辅助开关的拐臂螺丝 使辅助开关与断路器分 合闸位置正确 有效地配合 此方法仅适用于断路器响应操作的情况 本文不予讨论 二是发现断路器动信号异常或操作后观察到直流屏输出电流持续偏大时 采取及时断 开该断路器控制电源及断路器保护装置电源来防止烧毁分 合闸线圈 此方法易误断控制 电源空开或误断保护装置电源 三是合理调整分 合闸指令时间 使保护控制装置发出的分 合闸指令时间 既能够 使分 合闸线圈工作 又不至于时间太长 此方法适用于断路器操作的所有情况 在南自WXB 65型装置下 见附图附图 1 1 电动操作断路器意外失败 未响应 时 或发生上述任一原因时 由于装置分 合闸 回路会自保持且不自动返回 发生后应急处理不及时或不当时易造成设备烧损 合圈或分 圈 而造成事故 解决方案 解决方案 本文以 WXB 65 微机保护装置为例加以说明 见附图 1 手动 电动 操作断路器意外失败时可应急采用人工复位的方法防止设备烧损 但 因操作人的因素可靠性不高本文不予讨论 2 可采用技改的方式加以彻底解决 即加装延时自复位装置 见附图附图 2 2 附图附图 1 1 为 WXB 65 微机保护装置 馈线断路器控制回路接线图 原始接线图 附图附图 2 2 为 WXB 65 微机保护装置 馈线断路器控制回路加装延时自复位装置接线 图 解决方案解决方案 加装延时继电器实现操作失败时装置延时自动复位 如附图 2 虚线框 1 2 3 4 所示 在 WXB 65 微机保护装置 馈线断路器控制回路加 装延时继电器实现操作失败时装置延时自动复位 优点 较易改造 不影响装置内部接线和电气稳定性 无需人工干预即可实现当在断 路器操作失败时 装置自保持回路延时 或者超时 自动复位 彻底避免操作失败处理不 当而烧损设备 从而避免事故发生 缺点 接线略显复杂 一次投入费用略大 技术讨论 1 延时继电时延整定为 5s 或 3s 设定延时 5s 是为了便于值班人员观 察判断 正常情况下断路器分 合闸有时间不超过 0 5s 储能式机构实际分合闸固有时间 不超过 100ms 因此正常情况下完全可满足断路器可靠分合闸需要 即使操作失败 延时 5s 也不至于烧损设备 同时 5s 内信号装置将给出控制回路短线信号预告警铃响 位置信 号双灯熄灭 5s 后装置自动复位 控制回路短信信号自动消失 位置信号绿灯 或红灯 复亮 达到提醒值班员判断为断路器操作失败的目的 此时即可根据情况采取进一步措施 应急处理 2 是否会影响保护合闸或保护跳闸 不会影响 保护合闸或跳闸时 如果 5s 内断路器未响应保护合闸或跳闸 即响应超时 5s 后装置复位 断路器实际已经失去响应保护合闸或跳闸的意义 保护合闸失败 值班 人员可根据应急预案采取进一步处理措施 保护跳闸失败 断路器未响应的情况 1s 内 断路器已经越级跳闸 值班人员可根据应急预案采取进一步处理措施 3 控制回路按图改进后断路器会不会发生跳跃 a 馈线断路器自动跳闸后一次自动重合闸的情况 若断路器此时未响应重合闸 合闸 控制回路在自保持 5s 后自动复位 保护合闸出口继电器也因合闸回路 1SJ 1 1SJ 2 断开 而复位 南自 WXB 65 馈线微机保护装置也只给出一次重合闸指令后即自动复位 保护合闸 保持由 HJ 2 启动 HCJ 再由 HCJ 2 HCJ 3 闭合自保持 而 HJ 在启动合闸自保持后即自动复 位 因此只有一次重合闸不会再有合闸脉冲输出 不会发生反复给出断路器跳闸指令的情 况 母线断路器也只有一次合闸指令输出 不会发生反复给出断路器跳闸指令的情况 b 断路器自动跳闸 断路器未响应跳闸的情况 跳闸回路在自保持 5s 后自动复位 保护跳闸出口继电器也因跳闸回路 2SJ 1 2SJ 2 断开而复位 南自 WXB 65 馈线微机保护 装置由数字逻辑运算后也只给出一次跳闸指令后即自动复位 保护跳闸保持由 TJ 2 启动 BCJ 再由 BCJ 1 闭合自保持 而 TJ 在启动跳闸自保持后即自动复位 准备下一次跳闸指令 输出 而此时保护装置已经发生越级跳闸 对馈线断路器已无威胁 c 手动操作 2KK 合闸未及时断开或 2KK3 4 接点短接的情况下 SHJ 动作且不会返回 此时若断路器未响应合闸 则 1SJ 启动延时 5s 后 1SJ 1 1SJ 2 断开 且 1SJ 会一直受电 保持直至手动断开控制回路电源空开 起到防止烧损 HQ 的作用 控制回路断线信号也将保 持 提醒值班员采取进一步措施如对断路器紧急合闸 有储能装置的断路器 及断开装置 控制回路电源进行处理 d 手动操作 2KK 分闸未及时断开或 2KK1 2 接点短接的情况下 STJ 动作且不会返回 或保护动作跳闸发生 TJ2 粘连的情况 此时若断路器未响应跳闸 则 2SJ 启动延时 5s 后 2SJ 1 2SJ 2 断开 且 2SJ 会一直受电保持直至手动断开控制回路电源空开 起到防止 烧损 TQ 的作用 断路器保护重合闸不受影响 若断路器重合在永久故障上时 由于 2SJ 保持 保护不会再次跳闸 将发生越级跳闸 控制回路断线信号也将保持 提醒值班员采 取进一步措施如对断路器紧急分闸及断开装置控制回路电源进行处理 e 手动操作 2KK 合闸未及时断开或 2KK3 4 短接的情况下 SHJ 动作且不会返回 或 重合闸动作且发生 HJ2 粘连的情况 此时若断路器若已成功合闸 又发生 2KK1 2 短接的 情况 STJ 动作且不会返回 或保护动作跳闸发生 TJ2 粘连的情况 此时断路器若成功 跳闸时 断路器若跳闸不成功或再次故障跳闸时将发生越级跳闸 由于 KM 2DK2 SHJ1 SHJ2 及 HJ2 1SJ R1 R2 2DK2 KM 回路未断开 1SJ 始终受电保持 同时 TBJ 也将受电保持 TBJ1 TBJ3 接点断开 起到了防止跳跃的作用 综上所述 断路器在任何情况下都不会发生跳跃 继电器的选型 继电器的选型 设备选择及其技术参数应满足的要求 时间继电器应满足的要求 电源为 CD 220V 110V 有 2 对常闭延时断开接点 对接点用于延时断开分 合闸控制回路 一对常开延时闭合 接点可预留给远方分 合闸操作失败信号 单对接点容量在 3A 以上 设备名称型号参数要求数量 时间继电器 上继 SSKJ 1B 时间继电器 CD 220V 110V 有 2 对常闭延时断开接点 且单对接点容量在 3A 以上 一对常开延时闭合接点 可用于信号 2 金膜电阻同装置内部 R1 R2 同装置内部 R1 R2 4 附 常用断路器分合闸线圈绝缘热损坏特性分析 按 GB 11026 标准 真空断路器电磁型分合闸闸线圈绝缘漆耐热等级为 C 级 其工作 耐热不小于 200 工作时间不小于 2h 铜的比热容为 0 39 10 3J kg 断路器型号分闸线圈型号 直阻 欧姆 匝数 线径 电 流 A 合闸线圈型 号 直阻 欧 姆 匝数 线径 电 流 A 功率 P W 5S 积累热 量 焦耳 常温下线圈的 5s 温升 ZN2 27 5KV 2 46 92 0 8 526 092630 4 北开 ZN12 27 5KV 110V DC 57 71 9 同分闸线圈 1 9210 431052 2 ZN12 27 5T1250 31 5 型三相单极户内 220V DC 194 19 1 1 3 同分闸线圈 1 1 3 249 51247 ZN42 27 5 户内单相 高压真空断路器 110V 220V 57 7 5 7 194 1 9 1 9 1 13 同分闸线圈 1 9 1 13 209 7 249 5 1052 2 124 7 推广应用前景 推广应用前景 经本人在 XX 供电段范围内收集到的各型保护装置控制回路资料分析后 发