斷路器分合閘線(xiàn)圈狀態(tài)檢測(cè)及保護(hù)系統(tǒng)探究

汪 洋

（國(guó)網(wǎng)蕪湖供電公司，蕪湖,241100）

斷路器分合閘線(xiàn)圈狀態(tài)檢測(cè)及保護(hù)系統(tǒng)探究

汪 洋

（國(guó)網(wǎng)蕪湖供電公司，蕪湖,241100）

設(shè)計(jì)了一種斷路器分合閘線(xiàn)圈狀態(tài)檢測(cè)及保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)及記錄每次斷路器分合的狀態(tài)，在跳合閘過(guò)程中，有效保護(hù)由于種種原因?qū)е绿祥l線(xiàn)圈拒動(dòng)時(shí)的跳合閘線(xiàn)圈。通過(guò)霍爾傳感器測(cè)量分合閘線(xiàn)圈回路的直流電流，根據(jù)采集到的直流電流大小計(jì)算分合閘線(xiàn)圈的發(fā)熱量，設(shè)定達(dá)到線(xiàn)圈發(fā)熱的極限值，通過(guò)電力電子元件器IGBT和繼電器組合的回路來(lái)分開(kāi)分合閘線(xiàn)圈回路，達(dá)到保護(hù)分合閘線(xiàn)圈功能。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，較好地實(shí)現(xiàn)了斷路器分合閘線(xiàn)圈狀態(tài)檢測(cè)及保護(hù)。

斷路器；分合閘線(xiàn)圈；狀態(tài)檢測(cè)；保護(hù)

0 引言

電力系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生跳合閘線(xiàn)圈燒毀事故。眾所周知，跳合閘線(xiàn)圈都是按照短時(shí)通電設(shè)計(jì)的。跳合閘線(xiàn)圈的燒毀、主要是由于跳、合閘線(xiàn)圈回路的電流不能正常切斷，導(dǎo)致跳合閘線(xiàn)圈長(zhǎng)時(shí)間通電而造成的。作為電力系統(tǒng)中重要的電氣元件，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，斷路器接受繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的跳閘命令，并且要求其以毫秒級(jí)的速度去執(zhí)行跳閘動(dòng)作，以避免事故的蔓延和擴(kuò)大。因此，要求斷路器在投運(yùn)中能隨時(shí)處于待命狀態(tài)，且可以做到令行禁止。尤其不允許出現(xiàn)有跳閘命令時(shí)，斷路器拒絕跳閘的現(xiàn)象。

在電力系統(tǒng)的中低壓變電站中，還有大量的電磁操作機(jī)構(gòu)斷路器在運(yùn)行。實(shí)踐證明，這類(lèi)斷路器的操作機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性較差。操作過(guò)程中，時(shí)有拒分拒合或輔助觸點(diǎn)斷不開(kāi)的故障發(fā)生。在常規(guī)的有人值班變店站中，人工操作斷路器，當(dāng)出現(xiàn)上述故障時(shí)，可由控制開(kāi)關(guān)KK或者及時(shí)斷開(kāi)該路控制電源，人工切斷操作電流。因此，燒毀分合閘線(xiàn)圈的故障較少。即使目前已大量采用的彈簧儲(chǔ)能操作機(jī)構(gòu)的斷路器，特別在調(diào)試、檢修中，也多次發(fā)生在機(jī)械閉鎖狀態(tài)下錯(cuò)誤進(jìn)行電動(dòng)操作而燒線(xiàn)圈的事。

為此，本文針對(duì)跳合閘線(xiàn)圈燒毀的問(wèn)題，針對(duì)性地提出一種新的跳合閘線(xiàn)圈監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置，以解決上述問(wèn)題。

1 系統(tǒng)硬件體系設(shè)計(jì)

硬件體系設(shè)計(jì)如圖1所示。裝置采用TI的高性能DSP TMS320C6713 作為主CPU，直流電流測(cè)量采用天瑞電子的TR0202-LB系列霍爾電流傳感器，線(xiàn)圈回路保護(hù)的繼電器采用歐姆龍繼電器，IGBT采用infineon的SKB15N60HS，此IGBT可耐受600V電壓，通斷15A電流。

2 軟件體系設(shè)計(jì)

斷路器分合閘線(xiàn)圈狀態(tài)檢測(cè)及保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量跳合閘線(xiàn)圈的直流，通過(guò)一定的邏輯對(duì)分合閘線(xiàn)圈回路進(jìn)行保護(hù)，其主要功能分閘線(xiàn)圈定時(shí)限、反時(shí)限、分閘線(xiàn)圈有流告警，合閘線(xiàn)圈定時(shí)限、反時(shí)限，合閘線(xiàn)圈有流告警。

2.1 分閘線(xiàn)圈定時(shí)限

裝置實(shí)時(shí)計(jì)算分閘線(xiàn)圈電流值，當(dāng)分閘線(xiàn)圈電流大于整定定值80%時(shí)分閘線(xiàn)圈定時(shí)限段啟動(dòng)，達(dá)到設(shè)定的時(shí)間定值，裝置出口斷開(kāi)跳圈回路保護(hù)跳圈。出口動(dòng)作邏輯為先合上IGBT，在斷開(kāi)繼電器，最后在斷開(kāi)IGBT。動(dòng)作邏輯如下：

圖中Itq為分閘線(xiàn)圈實(shí)時(shí)計(jì)算值In為分閘線(xiàn)圈額定電流的80%

2.2 分閘線(xiàn)圈反時(shí)限

反時(shí)限動(dòng)作公式為：

式中。T為分閘線(xiàn)圈定時(shí)限段時(shí)間定值，Ip為分閘線(xiàn)圈反時(shí)限啟動(dòng)電流，軟件設(shè)定為線(xiàn)圈額定電流的50%，I為分閘線(xiàn)圈電流實(shí)測(cè)值，反時(shí)限動(dòng)作出口邏輯同定時(shí)限。

分閘線(xiàn)圈定時(shí)限和反時(shí)限共同構(gòu)成分閘線(xiàn)圈保護(hù)。當(dāng)線(xiàn)圈電流等于設(shè)定的額定電流時(shí)，定時(shí)限和反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間相同。當(dāng)由于分閘線(xiàn)圈電壓偏高等原因造成分閘線(xiàn)圈電流大于額定電流時(shí)，分閘線(xiàn)圈反時(shí)限保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間將縮短，有效保護(hù)分閘線(xiàn)圈。

分閘線(xiàn)圈定時(shí)限和反時(shí)限出口相互配合，當(dāng)定時(shí)限動(dòng)作時(shí)先判斷反時(shí)限是否已經(jīng)動(dòng)作，如果反時(shí)限已動(dòng)作，定時(shí)限將只發(fā)動(dòng)作報(bào)文，不在操作出口。當(dāng)反時(shí)限動(dòng)作時(shí)先判斷定時(shí)限是否已經(jīng)動(dòng)作，如果定時(shí)限已動(dòng)作，反時(shí)限將只發(fā)動(dòng)作報(bào)文，不在操作出口。

2.3 分閘線(xiàn)圈有流告警

當(dāng)分閘線(xiàn)圈電流大于額定電流的20%（或者0.2A,取兩者之間大值），延時(shí)分閘線(xiàn)圈定時(shí)限段時(shí)間定值加上5s后，報(bào)分閘線(xiàn)圈有流告警。其動(dòng)作邏輯如下：

圖中Itq為分閘線(xiàn)圈實(shí)時(shí)計(jì)算值，Igj為分閘線(xiàn)圈額定電流的20%。

2.4 合閘線(xiàn)圈定時(shí)限

裝置實(shí)時(shí)計(jì)算合閘線(xiàn)圈電流值，當(dāng)和閘線(xiàn)圈電流大于整定定值80%時(shí)和閘線(xiàn)圈定時(shí)限段啟動(dòng)，達(dá)到設(shè)定的時(shí)間定值，裝置出口斷開(kāi)跳圈回路保護(hù)跳圈。出口動(dòng)作邏輯為先合上IGBT，在斷開(kāi)繼電器，最后在斷開(kāi)IGBT。動(dòng)作邏輯如下：

圖中Ihq為合閘線(xiàn)圈實(shí)時(shí)計(jì)算值，In為合閘線(xiàn)圈額定電流的80%

2.5 合閘線(xiàn)圈反時(shí)限

圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖

圖2 分閘線(xiàn)圈定時(shí)限動(dòng)作邏輯圖

合閘線(xiàn)圈定時(shí)限和反時(shí)限共同構(gòu)成合閘線(xiàn)圈保護(hù)。當(dāng)線(xiàn)圈電流等于設(shè)定的額定電流時(shí)，定時(shí)限和反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間相同。當(dāng)由于合閘線(xiàn)圈電壓偏高等原因造成合閘線(xiàn)圈電流大于額定電流時(shí)，合閘線(xiàn)圈反時(shí)限保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間將縮短，有效保護(hù)合閘線(xiàn)圈。

合閘線(xiàn)圈定時(shí)限和反時(shí)限出口相互配合，當(dāng)定時(shí)限動(dòng)作時(shí)先判斷反時(shí)限是否已經(jīng)動(dòng)作，如果反時(shí)限已動(dòng)作，定時(shí)限將只發(fā)動(dòng)作報(bào)文，不在操作出口。當(dāng)反時(shí)限動(dòng)作時(shí)先判斷定時(shí)限是否已經(jīng)動(dòng)作，如果定時(shí)限已動(dòng)作，反時(shí)限將只發(fā)動(dòng)作報(bào)文，不在操作出口。

2.6 合閘線(xiàn)圈有流告警

當(dāng)合閘線(xiàn)圈電流大于額定電流的20%（或者0.2A,取兩者之間大值），延時(shí)合閘線(xiàn)圈定時(shí)限段時(shí)間定值加上5s后，報(bào)合閘線(xiàn)圈有流告警。其動(dòng)作邏輯如下：

圖中Ihq為合閘線(xiàn)圈實(shí)時(shí)計(jì)算值，Igj為合閘線(xiàn)圈額定電流的20%。

3 系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)

斷路器分合閘線(xiàn)圈狀態(tài)檢測(cè)及保護(hù)裝置滿(mǎn)足以下技術(shù)指標(biāo)。

（1）分、合閘線(xiàn)圈回路直流測(cè)量

直流測(cè)量范圍：0A-20A；

直流測(cè)量精度：＜3%。

（2）分、合閘線(xiàn)圈保護(hù)

電流精度：＜3%；

時(shí)間精度：1.2倍定值下 速度動(dòng)作時(shí)間小于40ms，其余動(dòng)作時(shí)間要求為小于2%或者小于40ms。

（3）裝置開(kāi)入量

裝置開(kāi)入量為220V/110V；

開(kāi)入量要求在70%電壓時(shí)可靠動(dòng)作，55%電壓時(shí)可靠不動(dòng)作。

（4）裝置提供以太網(wǎng)通訊接口

可以與后臺(tái)監(jiān)控通訊。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)裝置能監(jiān)測(cè)及記錄每次斷路器分合的狀態(tài)（通過(guò)線(xiàn)圈的電流、分合的時(shí)間、分合次數(shù)等），并能在跳合閘過(guò)程中由于種種原因?qū)е绿祥l線(xiàn)圈拒動(dòng)時(shí)能有效保護(hù)跳合閘線(xiàn)圈（此功能能夠投退，并且不影響原操作回路特性）。。與現(xiàn)有技術(shù)及系統(tǒng)相比，本問(wèn)提出的基于斷路器分合閘線(xiàn)圈狀態(tài)檢測(cè)及保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）為分、合閘線(xiàn)圈提供保護(hù)，讓分、合閘線(xiàn)圈燒毀現(xiàn)象減少；能有效提高變電站安全運(yùn)行能力，減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量以及維護(hù)費(fèi)用。

（2）通過(guò)對(duì)分、合閘線(xiàn)圈回路電流的測(cè)量和記錄，為分析分、合閘線(xiàn)圈回路燒毀原因、斷路器分合閘線(xiàn)圈拒動(dòng)的原因提供理論依據(jù)。。

（3）通過(guò)對(duì)斷路器分、合閘次數(shù)記錄，為斷路器檢修提供數(shù)據(jù)支持。

[1] 張?jiān)簦饺缗e．低壓斷路器合閘線(xiàn)圈保護(hù)的研究[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010(03)：122-124．

[2] 崔勇，王川，洪浩等．?dāng)嗦菲骱祥l回路保護(hù)裝置及相應(yīng)的斷路器合閘回路[P]．中國(guó)專(zhuān)利，CN201220495828.5．

[3] 高世偉，胡曙明，郝春兵．高壓斷路器合閘線(xiàn)圈防燒毀自動(dòng)保護(hù)裝置[P]．中國(guó)專(zhuān)利，，CN201320295650.4．

[4] 胡浩，劉玉海，李元安．?dāng)嗦菲骱祥l線(xiàn)圈燒毀原因分析與改進(jìn)[J]．山東電力技術(shù)，2014(02)：52-54．

The State Detection and Protection System of Circuit Breaker Off-Closing Coil

Wang Yang
（Wuhu Power Supply Company of State Grid Company of China,Wuhu,241100）

A circuit breaker closing coil state detection and protection system is presented. The offclosing state is keeping by the monitoring and recording of each circuit breaker tripping. The off-closing coil of maloperation is protected in the process of shunt trip for circuit breaker.The DC current of offclosing coil is measured by Holzer sensor.Based on the heating quantity of off-closing coil calculation by the measured DC current,the coil heating value is set.Through the power electronic components IGBT and relay circuit to separate the closing coil loop,to achieve protection tripping and closing coil function. The actual application shows that,the system run stably,which can better realize the closing coil state detection and protection circuit breaker.

Circuit breaker;Off-closing coil;State detection;Protection

圖3 分閘線(xiàn)圈有流告警動(dòng)作邏輯圖

圖4 合閘線(xiàn)圈定時(shí)限動(dòng)作邏輯圖

圖5 合閘線(xiàn)圈有流告警動(dòng)作邏輯圖

汪洋（1982-），男，工學(xué)碩士，工程師，主要從事高電壓試驗(yàn)技術(shù)、農(nóng)電工程管理等方面的研究工作。