110 kV斷路器控制回路設計缺陷分析及改進措施

鐘著輝

(國網湖南省電力公司常德供電分公司，湖南常德415000)

110 kV斷路器控制回路設計缺陷分析及改進措施

Analysis and improvement of design defects for a 110 kV breaker control circuit

鐘著輝

(國網湖南省電力公司常德供電分公司，湖南常德415000)

通過對斷路器控制回路進行分析，發現其回路設計存在不足。針對這些不足對回路進行改進，增加機構電源監視元件，把合閘閉鎖改為已儲能控制方式，杜絕未儲能時發生合閘操作可能；直接從密度繼電器接點接取遙信，以提高可靠性和消除故障隱患。

合閘線圈；控制回路；閉鎖

目前在中低壓電網中普遍采用SF6彈簧操作機構斷路器，其控制回路接線完好性和正確性直接影響設備的安全運行。現以110 kV LW35-126斷路器控制電路為例進行分析，指出其二次接線設計中存在的不足之處、由此可能帶來的問題，并提出了改進措施。

1 LW35-126控制回路原理分析

LW35-126控制回路由操作電源、跳閘與合閘控制、閉鎖電路、彈簧儲能控制電路等部分組成。圖1為該型斷路器操作機構電氣控制原理接線圖，其中實線框內電路為與之配合的保護操作箱簡化接線。圖1中:K1防跳 (當用操作箱防跳時，該元件線圈需斷開)，K11合閘，K22分閘，K2為SF6氣壓低告警，K3為SF6氣壓低閉鎖，K4儲能中閘，KM儲能控制，SBT1就地/遠方切換，SBT2就地操作。HJ合閘，TJ分閘，TBJ跳閘保持，HBJ合閘保持，HWJ合位監視，TWJ分位監視。

1.1 遠方合閘控制回路

操作箱L＋電源 (L＋，正極)101→HJ1-2→TBJ3-4→HBJ線圈→端子17→SBT1(1-2)→K121-22→K3 (21-22)→K4(21-22)→S1-3→K11→102構成回路，啟動 K11合閘，并使 HBJ吸合，HBJ1-2閉合，實現合閘自保持。合閘成功后，S1-3斷開，合閘返回。

圖1 LW35-126斷路器機構控制回路圖

1.2 遠方分閘控制回路

操作箱L＋電源經101→TJ1-2→TBJ電流線圈→端子26→SBT1(3-4)→K3(31-32)→S6-8→K22線圈→102構成回路，啟動K22跳閘，并使TBJ吸合，TBJ1-2閉合，實現跳閘自保持。跳閘成功后，S6-8斷開，跳閘返回。

SBT1正常運行時應置遠方，SBT2為就地操作開關，斷路器檢修時，將 SBT1置就地位，可由SBT2就地操作。

1.3 儲能控制與合閘閉鎖回路

K4為帶有延時觸點的儲能中間繼電器，在未儲能時SP1-2閉合，K4吸合，K4(21-22)接點斷開，閉鎖合閘回路，并由K4(13-14)接通儲能控制回路接觸器 (KM)，驅動電機儲能。K4吸合后開始計時，當達到設定時限SP1-2沒有斷開K4線圈回路時，K4(55-56)儲能超時接點接通，斷開KM切斷儲能電機供電。

1.4 SF6低氣壓報警與跳合閘閉鎖回路

K2，K3為SF6氣體密度監視重動繼電器，當氣壓下降時KD(1-2)接通，K2動作，并在最低氣壓時 KD(3-4)接通，K3動作，K3(21-22)接點斷開，K3(31-32)接點斷開分別閉鎖跳合閘操作回路。

1.5 狀態監視及信號回路

當斷路器在分位時，圖1中操作箱L＋電源101→TWG→TWJ→端子17→機構合閘回路→102，TWJ吸合；當斷路器在合位時，操作箱L＋電源101→HWG→HWJ→端子26→機構分閘回路，HWJ吸合，若發生操作回路異常，HWJ和TWJ均不動作，發控制斷線信號。

圖1中K4不動作時，K4(31-32)常閉接點發合閘簧已儲能信號，K2吸合時K2(43-44)發SF6氣壓低信號，K4吸合時K4(43-44)發SF6氣壓低閉鎖信號。

2 存在的問題分析

圖1中K2，K3，K4在正常工況，即斷路器已儲能、氣壓正常時，均不帶電，由此可能會帶來一系列問題。

2.1 斷路器操作L＋電源缺乏有效監視

如圖1所示，斷路器操作電源L＋，L－接自操作箱電源101，102。在斷路器機構電路中，遠方操作箱跳合閘回路只與L–有關，與 L＋無關，當L－掉電時會造成跳合閘回路不通，由于 TWJ或HWJ位置繼電器均不吸合，發控制斷線信號；但當L＋失電，回路仍會表現正常，保護裝置無任何異常信號發出。而實際上此時斷路器的SF6壓力閉鎖回路、儲能控制回路及相關信號回路均已失效。如果此時進行合閘操作，合閘彈簧又恰未儲能，儲能中間繼電器K4無L＋電源不能吸合，遠方收不到機構未儲能信號，斷路器合閘回路不能被閉鎖，合閘后回路通過操作箱HBJ將合閘回路保持導通，導致合閘線圈不能斷電而燒毀。如果斷路器本體SF6壓力降低，也不能發信和閉鎖操作，對斷路器的狀態失去掌控，可能在SF6氣壓異常時發生斷路器跳合閘，而埋下事故隱患。

2.2 儲能控制及閉鎖回路不可靠

如圖1，儲能閉鎖回路取自K4常開，儲能信號取自K4常閉，K4只在未儲能時動作，已儲能時不動作。但K4不動作，不代表已儲能或該回路完好，當K4線圈損壞、或發生L＋電源掉電、或SP接點損壞，同樣會導致K4不動作，后果是斷路器在合閘后不能儲能，且不能被發現，閉鎖回路失效，在下一次合閘時直接燒線圈。

2.3 SF6監視信號設置不當

如圖1，接致控制屏的SF6告警和閉鎖信號，分別取自K2，K3常開接點，同樣K2，K3不動作，不代表氣壓正常或該回路完好。當發生L＋電源掉電、或K2，K3線圈損壞，均無異常信號，操作回路不能被閉鎖。

3 故障案例

對某新建110 kV間隔斷路器控制回路進行調試，該斷路器型號為LW35-126，采用彈簧儲能操作機構。調試人員先在斷路器就地進行操作，就地分、合閘試驗及儲能均工作正常。然后改在控制室操作，第1次操作正常，第2次合閘操作時發現斷路器不變位，仍顯示跳位，隨后跳位指示燈滅，并發控制斷線信號。檢查發現控制電源空開跳閘，測量控制電源正、負極之間無短路，測量合閘回路電阻只有2 Ω，說明已短路。現場檢查發現合閘線圈已燒毀，斷路器在分位，處于未儲能狀態。

更換線圈后，先手動儲能、手動操作，斷路器工作正常，由此排除機構故障的可能性，燒線圈應是由電氣回路異常引起，但檢查全部控制回路、電機儲能回路、各元件均正常。再次給電后試操作，斷路器就地/遠方均能正常操作。

檢查故障時后臺機事件報文，發現在故障前的一次合閘后，未報送斷路器未儲能動作信號，正常時應有一次未儲能動作和返回信號，分析原因為在前次合閘釋能后，彈簧一直處在未儲能狀態，而且儲能控制繼電器 (K4)也沒有動作閉鎖合閘回路，導致在下次操作時，在未儲能狀態下接通了合閘回路，由保護操作箱HBJ合閘保持，合閘回路持續接通，從而燒線圈和引起控制空開跳閘。

由于機構內各元件故障已排除，從前面的分析可知，唯一可能的原因是操作 L＋電源出了問題，當L＋因某種原因消失時，儲能回路失效，因K4不動作，合閘閉鎖回路失效，斷路器控制回路仍會表現正常，遠方仍可進行跳、合閘操作。查 Q1正常，拆下從控制室過來的L＋電源 (101)電纜線檢查，發現剝出線頭太短，緊線螺絲完全壓在了導線的塑料外皮上，因機構在跳合閘時，有較大震動，導致線頭有時接觸不良，合閘后K4不能動作儲能，但合閘回路仍表現正常，發生未儲能合閘燒壞線圈。

4 改進措施

通過上述分析及故障案例可看出，該型斷路器控制回路的主要問題為:操作電源L＋異常時無信號；機構儲能、SF6低氣壓告警等異常信號監視，均經重動中間繼電器啟動，有信號時動作，無信號時不動作，而其動作與否首先是建立在回路及自身完好基礎上的，其完好性沒有進行監視，在這部分回路或元件出故障時等同于無信號，存在事故隱患。圖2為改進電路圖，虛線框內為變動部分。

4.1 增加機構箱電源回路監視

在機構箱控制回路電源尾端，增加K5繼電器監視電源回路，電源異常時向控制室發掉電信號。

4.2 改未儲能閉鎖合閘為已儲能時允許合閘

在儲能指示燈兩端并接K6用作機構儲能監視，在機構已儲能時動作；用K6常開接點取代原K4常閉接點用作合閘閉鎖，徹底排除未儲能時發生合閘操作隱患，并用其1對常閉接點發未儲能信號。

4.3 增加密度繼電器信號接點

為防止K2，K3異常時，失出SF6氣壓監視和操作閉鎖，在K2，K3的信號接點并接密度繼電器的另一組告警接點KD5-6和KD7-8，保證SF6告警信號不會因K2，K3或回路出現問題而失去監視。改進后，要求密度繼電器 KD具備有雙組接點輸出。

圖2 機構箱改進電路圖

5 結論與建議

目前多數斷路器彈簧操作機構電源及控制回路與圖1所示類似，文中提出的問題具有普遍性。去機構箱的正電源通常被等同為就地操作正電源，長期以來對其完好性沒有引起足夠的重視，實際上，這類操作機構的正電源除進行斷路器就地操作外，還要完成儲能控制、壓力閉鎖控制、發信等重要功能，已成為控制回路的重要一環，必須對該電源進行監視。

斷路器機構未儲能閉鎖回路，有的采用已儲能時控制元件動作、接通合閘回路，也有的類似于本型斷路器電路，采用未儲能時控制元件動作、斷開合閘回路。后者的優點是儲能監視繼電器只在未儲能時動作，不會長期帶電，有利于延長使用壽命，缺點也已顯現，但為了最大限度保證設備安全運行，宜采用前者。

而對于密度繼電器信號監視回路，接點信號宜直接從密度繼電器本身取遠方信號，不應只取自斷路器機構重動中間，但大多數SF6密度繼電器均只提供1組接點，不能滿足文中要求，有待相關廠家進行改進。

〔1〕崔勇，王川，楊錦紅，等.高壓斷路器控制回路隱性故障檢修方法 〔J〕.高壓電器，2011，47(12):96-99.

〔2〕郭賢珊，李仲夫，陳軒恕.斷路器操動機構在線監測參數的選擇 〔J〕.高壓電器，2002，38(1)，24-26.

TM76

B

1008-0198(2015)05-0060-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.05.018

鐘著輝 (1966)，男，高級技師，本科，從事繼電保護檢修工作。

2015-03-06 改回日期:2015-06-08