500kV断路器控制回路断线分析与改进

李文刚

摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，断路器控制回路控制断路器进行跳合闸操作，对断路器的可靠动作非常重要。控制回路断线信号回路由合闸位置继电器和分闸位置继电器的常闭接点串联构成，实现对控制回路状态的监视。对某变电站监控系统报“500kV断路器A相控制回路断线”异常信号报文进行了分析，阐明了该现象产生的动作原理，并提出了相应的改进建议。

关键词：断路器；控制回路断线；位置继电器

引言

断路器控制回路是操作断路器分合闸的二次回路，在所有断路器二次回路中有着最为重要的定位，也是二次系统切除故障最直接的回路。因此，针对断路器控制回路专门设计了一套监视回路，并通过监视回路对控制回路的运行状态进行实时报警或预警，以保证控制回路在故障到来时，必须具备分合断路器的能力。“控制回路断线”信号便是针对该回路设计的报警信号回路，控制回路断线时，断路器将无法分合，故障来临时断路器也将丧失故障切除的能力。但目前控制回路采取的监视回路只具备简单的监视回路完好与否的功能，并不能定位控制回路断线点的具体位置，检修人员针对此类型缺陷进行处理时，无法掌握最及时的缺陷情况及信息，缺陷处理效率并不高，而控制回路断线缺陷未消除，巨大的电网风险就会一直存在。因此，需要针对目前系统内断路器控制回路的监视设计满足日益剧增的电网风险相匹配的解决方案。

1断路器控制回路断线信号原理

断路器控制回路断线信号用来监视断路器跳、合闸回路是否正常。控制回路断线信号回路是由跳闸位置继电器（TWJ）常闭接点与合闸位置继电器（HWJ）常闭接点串联构成的，如图1所示。正常状态时，TWJ和HWJ中有一个位置继电器励磁动作，对应常闭接点断开，控制回路断线，回路不通。当TWJ和HWJ皆不励磁，则其常闭接点闭合，回路导通，报控制回路断线。

2500kV断路器控制回路断线分析与改进

2.1防跳功能

有时由于断路器本体辅助接点或保护装置内部继电器接点黏连等原因，在断路器合闸后，启动回路接点实际未分开，合闸脉冲始终存在，若此时继电保护动作跳开断路器，但由于合闸脉冲始终存在，断路器会再次合闸。如果线路故障为永久性故障，保护跳开断路器后，持续存在的合闸脉冲将会使断路器再次合闸，将会重复发生“跳-合”现象，此种现象被称为“跳跃”。断路器短时间内多次分合，会导致断路器毁坏，甚至造成事故扩大。在实际工程中，通过在断路器合闸控制回路中增设“防跳”继电器来防止“跳跃”现象的发生。

2.2断路器机构箱远方/就地切换把手切换不到位

断路器的分合闸位置监视回路串连在远方操作回路中，当断路器机构箱内的远方/就地切换把手打在就地位置，断路器的分合闸不通过操作箱操作，断路器的分合闸位置监视回路失去作用，分合闸位置继电器都将失电，发控制回路断线告警信号。

2.3断路器“控制回路断线”监视回路改进方法分析

通过上述分析，控制回路断线后，断线点前后回路上存在这明显的电位差异，因此，考虑三种方式：①通过在控制回路上增加电位测量装置的方式，通过实时测量控制回路各点电位，即可对断线风险较高的断路器机构箱内整段控制回路实现全时段监控及断线点定位；②在控制回路上注入低频交流小信号，利用信号检测装置也可以实现全时段监控及断线点定位的目的；③考虑不对控制回路增加任何监测装置或在回路上注入小信号，利用新技术手段，在直流控制回路上导线绝缘表皮上安装电场传感器，非接触式测量回路上电位情况，通过在表1中断线高风险节点之间加装非接触式电压测量传感器，从而实时监测回路上各点电位，达到对控制回路全时段监控及断线点定位的目的。现阶段系统内针对断路器控制回路有着极其严格的管理和反措要求，日常工作均严防控制回路出现寄生回路，严防改动控制回路及在控制回路上新增检测装置，虽然从实现方式上该方案较为简单直接，但从回路运行规范要求上看，方式①并不适用。控制回路上注入低频小信号的方式②，类似于系统内查找直流接地的原理，但是将小信号注入在特定的控制回路中，在整个变电站直流系统内信号势必会发生杂散，同时控制回路及电缆上上存在着分布电容，对小信号也会造成干扰，信号接收端对信号敏感度会不足。而相对应的，在不改变现有控制回路运行状态的前提下，方式③通过非接触式电压测量传感器，即可实现测量控制回路各个位置电压的功能，同时设计一套电压数据采集分析单元，利用断路器机构箱内信号电源，在断线时发出报警并在采集单元上图形化显示控制回路断线点。

2.4闭锁功能

断路器运行过程中，当断路器状态不满足相关条件时则不允许断路器分合闸。目前1000kVGIS断路器多为液压操动机构，只有当断路器气室SF6压力以及机构液压油压力达到规定数值时才能进行断路器分合闸操作，机构油油压低或者SF6气压低都将会闭锁操作。断路器合闸回路中串联有KH1和KS1两个常闭辅助接点；断路器分闸回路中串联有KH2和KS1两个常闭辅助接点。当断路器油压监视模块SP1检测到断路器任何一相机构油压降低到合闸闭锁值时，其常开接点闭合，KH1继电器会得电，串接在合闸回路中的常闭辅助接点会打开，合闸回路不通，断路器无法合闸。当断路器油压监视模块SP2检测到断路器任何一相机构油压降低到分闸闭锁值时，KH2继电器会得电，串接在分闸回路中的常闭辅助接点会打开，分闸回路不通，断路器无法分闸。

2.5分合闸线圈整流桥损坏

分合闸线圈需要直流电，而外部电源可能是交流电，因此很多分合闸线圈都有整流模块，将外部交流电经过整流模块变为直流电加到线圈两端。但使用一定年限后，如果整流桥发生故障，可能导致分合闸线圈上电压偏低，长时间通电导致烧损，控制回路断线故障。ABB老式VD4型真空断路器带有整流模块，可能会存在整流模块损坏的情况。

2.6断路器控制回路跳、合位指示灯故障

当跳位指示灯或者合位指示灯故障时，断路器的分合闸位置监视回路断开，分合闸位置继电器也都将失电，发控制回路断线告警信号。

2.7断路器辅助开关切换不到位或着损坏

断路器的分合闸回路分别串有辅助开关的常开节点和常闭节点。确保断路器在分闸位置，辅助开关常闭节点使合闸回路满足合闸条件；在合闸位置时，辅助开关切换位置，常开节点闭合使合闸回路满足合闸条件。若辅助开关节点切换不到位或者老化接触不良甚至损坏，分合闸控制回路断线，发告警信号。

结语

本次事故中，监控后台虽然报“控制回路断线”报文符合设计逻辑，动作正确，但就实际情况而言，本次动作不符合现场情况，问题在于断路器储能需要时间，故本文提出增加延时判据，以躲过断路器储能时间，最终使监控后台报文准确地反映断路器控制回路状态。

参考文献

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