高壓斷路器跳閘控制回路改進

連　杰，何麗賢

(1.國網陜西省電力公司安康水力發電公司，陜西省安康市　725000；2.國網陜西省電力公司安康供電公司，陜西省安康市　725000)

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高壓斷路器跳閘控制回路改進

連杰1，何麗賢2

(1.國網陜西省電力公司安康水力發電公司，陜西省安康市725000；2.國網陜西省電力公司安康供電公司，陜西省安康市725000)

摘要：介紹了LY-33型斷路器操作箱原理與接線，分析了第一路控制電源失電事件發生原因、后果及處理過程，提出了解決方法與措施。

關鍵詞：斷路器；控制回路斷線；電源消失；跳閘；措施

0前言

高壓斷路器是電力系統用來分配電能、切除故障的重要電氣設備。通過高壓斷路器，不僅能夠接通或斷開高壓電路中的負荷電流，而且當系統發生故障時通過繼電保護裝置發出的跳閘指令，可以快速斷開電路，隔離故障。因此，確保高壓斷路器跳閘控制回路的正確、可靠，是保障電力系統設備安全的重要因素[1]。

1斷路器操作箱工作原理

安康水力發電廠是20世紀90年代初期投產發電的大中型水電站，4臺單機容量為200 MW的發電機分別與4臺主變構成單元接線。330 kV系統共有3條高壓輸電線路。安康水電廠電氣一次主接線見圖1。其中3號發電機變壓器組3FB配置的繼電保護設備是2009年初改造更換的保護裝置，電氣量保護采用A柜、B柜雙重化配置，每柜各配置1套DGT-801B裝置，C柜配置1套DGT-801E非電量保護裝置。3號發變組出口斷路器3303的操作箱也安裝在C柜，裝置型號為LY-33。

圖1　電氣一次主接線示意圖

LY-33型斷路器操作箱是用于220 kV及以上電壓等級分相雙跳閘線圈斷路器的操作箱，如圖2所示。該操作箱的2組分相跳閘回路具有各自獨立的直流電源，其中，合閘回路和第1組跳閘回路接第1路直流電源(電源Ⅰ)；第2組跳閘回路接第2路直流電源(電源Ⅱ)；對一些重要的公共回路或繼電器，裝置還提供1路公共電源，它是由電源Ⅰ和電源Ⅱ經過切換后得到。電源Ⅰ和電源Ⅱ的監視由電源監視繼電器2JJ1、2JJ2承擔，繼電器2JJ1、2JJ2分別送出接點至中央信號，同時，操作箱面板上有分別指示電源Ⅰ、電源Ⅱ的指示燈。直流電源的切換由繼電器2JJ3來完成。當電源Ⅰ正常時，2JJ3線圈勵磁，通過切換接點將電源Ⅰ提供給公共電源母線，當電源Ⅰ失電時，2JJ3線圈釋放，通過切換接點將電源Ⅱ提供給公共電源母線。

圖2　雙跳閘線圈斷路器的操作箱圖

LY-33型斷路器操作箱外接手動跳閘接點(遠方跳閘操作，例如監控跳閘令)通過電源Ⅰ，于9X19端子接入，去啟動手跳繼電器3～8STJ線圈， 3～8STJ的6對常開接點分別再啟動斷路器A、B和C相的2組跳閘線圈，完成斷路器的三相跳閘。

而3FB保護裝置啟動跳閘回路，一般是A柜保護通過操作箱電源Ⅰ，于9X21端子接入去啟動保護Ⅰ跳繼電器6～8BTJ線圈，6～8BTJ的常開接點分別啟動A、B和C相斷路器的Ⅰ跳回路；B柜保護通過操作箱電源Ⅱ，于9X22端子接入去啟動保護Ⅱ跳繼電器3～5BTJ線圈，3～5BTJ的常開接點分別啟動A、B和C相斷路器的Ⅱ跳回路。

2事件經過

2014年7月20日，安康水電廠330 kV系統、110 kV系統均按雙母固定方式運行，1～4號機組全部處于事故備用狀態。14:20，中控室接到西北網調指令要求立即開1臺機組。運行值長立即指揮值班員開3號機組3F，14:23，3F自動開機，自動準同期并網成功，帶負荷100.0 MW，3FB系統掛在330 kVⅠ母運行。然而3FB出口斷路器3303合閘并網后，監控報警“3303斷路器控制回路Ⅰ斷線”。現場檢查確認3303斷路器操作電源空開全部投入、斷路器3303實際位置已經在合閘狀態；檢查3303操作箱上“電源Ⅰ”、“Ⅰ母運行”、開關三相合閘位置指示燈均不亮，“電源Ⅱ”指示燈正常點亮。

因3號發變組高壓斷路器控制回路出現的異常情況，運行值長向網調申請開另一臺備用機組，停3F機組。15:30，運行值班人員將3F有功、無功負荷倒空后，通過監控系統給3303發出跳閘指令，此時高壓斷路器3303拒跳。運行值班人員應急處理，采取拉合3303操作箱直流電源空開、拉合3303現地匯控柜直流控制電源小空開的方法都無效。運行值長將情況匯報網調值班員，要求用拉開母聯斷路器3300的方法來將3FB系統與電網隔離，具體方法就是將330 kV的Ⅰ母上除3303斷路器以外的所有運行支路的刀閘切換至Ⅱ母運行，通過將母聯斷路器3300跳閘并轉至冷備用狀態，來隔離3FB系統。上述操作執行完畢后，將斷路器3303操作方式切至現地方式，通過現地操作把手仍無法跳開斷路器3303。經網調同意，再拉開3303母側隔離刀閘，完成3303與電網系統的隔離后，330 kV母線倒至正常運行方式。此時由有關檢修人員對斷路器3303控制回路進行檢查，發現斷路器3303現地匯控柜內第1路控制電源的小空開MCB1進線端子處的正電源導線接觸不良，將導線重新壓接牢固后，斷路器3303操作箱上的各種信號指示燈恢復正常顯示，經反復試驗，確定3303現地、遠方分合閘全部恢復正常。19:45，匯報省調和網調值班員，安康水電廠3303斷路器控制回路缺陷處理完畢，可以恢復運行。

3事件分析

3.1故障的基本原因：“電源Ⅰ”失電

斷路器3303的2路控制電源分別取自直流負荷盤4FP中的220 V直流Ⅰ、Ⅱ段母線，分別經4FP盤中的直流小空開1ZK、2ZK，通過控制電纜送到3303現地匯控柜，再經柜內直流空開MCB1、MCB2提供給3303控制回路及3303斷路器操作箱的兩路電源。

由于3303現地匯控柜內第1路控制電源的小空開MCB1進線端子處發生了導線接觸不良現象，導致LY-33操作箱中的第1路直流電源“電源Ⅰ”失電，則斷路器3303合閘回路、手跳啟動回路、第1跳閘回路都不能正常工作，造成3F自動停機時監控系統發出跳閘指令后斷路器3303拒跳、3303操作箱上“電源Ⅰ”、“Ⅰ母運”、開關三相合閘位置指示燈均不亮的現象。而斷路器3303現地操作回路中，現地跳合閘操作把手的3對合閘接點、3對跳閘接點都接在3303現地匯控柜內第1路控制電源回路，因而通過3303現地操作把手也無法完成跳閘。但是有一點可以肯定，3FB并網時，斷路器3303成功合閘，說明當時第1路直流電源還是正常的，第1路直流電源失電發生在3FB并網合閘之后。

3.2發生控制電源失電的原因

水電站獨特的地理環境因素決定了安康水力發電廠363 kV GIS設備需安裝在樓板上，斷路器正常操作的剩余能量不能像直接安裝在地基上那樣被大地有效吸收，在高壓斷路器分、合閘時引起設備震動幅值和時間異常增加，另外，安康水電廠承擔著電力系統調峰填谷、調頻調相和緊急事故備用等任務，發電機組開停機十分頻繁，所以出口斷路器分、合閘頻繁。據統計，2013年4—12月份僅3號發變組出口斷路器3303的分、合次數就多達200多次，斷路器頻繁分、合閘容易因震動造成鄰近設備緊固件松動。3303現地匯控柜離斷路器機構距離較近，如果盤頂電源小空開上的壓線螺絲本身上得不夠緊，經過長期震動，就會引起導線接觸不良現象。

3.3對運行值班人員設備異常處理評價

斷路器3303第1路控制電源失電后，運行值長立即聯系網調，準備換開一臺備用機組進行發電。發現經監控停機流程發出跳閘指令后斷路器3303拒跳，值班人員擔心如果此時3FB系統發生故障，即使3FB繼電保護裝置正確動作，如果斷路器3303仍拒跳，電網系統將無法隔離故障，將給整個電網系統造成嚴重后果。因此要求將330 kV的Ⅰ母上除3FB單元以外的所有運行元件全部切換至Ⅱ母運行，通過跳開母聯斷路器3300將330 kV的Ⅰ母上的3FB單元與電網系統隔離。

雖然從圖2中可以看出來，斷路器3303第1路控制電源失電后，此時即使3FB系統發生故障，3FB的B柜保護裝置動作后仍能啟動保護跳閘繼電器3-5BTJ出口，但在當時故障原因不明的情況下，為確保系統安全，盡快將3FB單元與運行中的電網系統隔離是比較穩妥安全的方法。

電力系統任何時候發生斷路器拒跳閘情況都會對整個電力系統帶來較大風險。因為此時相關電氣設備如果再發生故障，運行系統可能無法隔離故障。此案例中，運行值班員將330 kV雙母線上除3FB以外的所有運行設備都切換至Ⅱ母運行，通過跳開母聯斷路器3300，將3FB系統與330 kV電網隔離。這樣的話即使3FB系統發生故障，也不會危及整個330 kV系統。但同時又出現另外一個問題，假如此時330 kV Ⅱ母上任何元件再發生故障，由于所有運行設備都掛在Ⅱ母，330 kV母線保護將會動作，將安康水電廠所有330 kV運行設備全部切除，將會擴大事故停電范圍。

4改進的措施與方法

針對330 kV斷路器第1路控制電源失電后會出現斷路器拒跳的缺陷，有下列幾種解決方法。

(1) 方法1。將手跳繼電器啟動回路接在操作箱公共電源。從圖2可以看出，LY-33操作箱中，安康水電廠通過監控系統發跳閘令去啟動手跳繼電器3～8STJ， 3～8STJ被啟動后，用6～8STJ的動合接點通過第1路控制電源去啟動該斷路器第1跳閘回路，用3～5STJ的動合接點通過第2路控制電源去啟動該斷路器第2跳閘回路。而手跳繼電器3～8STJ的啟動線圈接在電源Ⅰ，只要電源Ⅰ失電，3～8STJ就無法啟動。手跳繼電器啟動線圈改造前如圖3所示。進行如圖4所示的改進后，2路控制電源中只要有1路電源正常，公共電源就有正常電壓，手跳繼電器3～8STJ的啟動線圈就可被啟動，2組跳閘回路就至少有1組能完全執行監控系統發出的跳閘令。

圖3　手跳斷電器啟動線圈改造前圖

圖4　手跳斷電器啟動線圈改接到公共電源圖

(2) 方法2。手跳繼電器啟動線圈分為兩路,分別接在兩路控制電源回路中，即6～8STJ的啟動線圈、動合接點均使用第1路控制電源，3～5STJ的啟動線圈、動合接點均使用第2路控制電源，如圖5。這種方法需要監控系統跳閘令能提供兩對獨立的跳閘出口空接點。

圖5　手跳斷電器啟動線圈改接到2路電源中圖

(3) 方法3。選擇合適的斷路器現地操作把手，把該操作把手的接點同時接入兩組跳閘回路中。斷路器3303現地操作把手實際選用的型號是LW5-15B0653型，共有9對接點(接點形式見表1)，3對接點用于三相合閘，6對接點可用于三相跳閘。而實際接線只將3對跳閘接點接入了斷路器第1跳閘回路，另外3對跳閘接點未使用。可以將6對跳閘接點分兩組，分別接入斷路器兩路跳閘回路中，只需現場繼電保護維護人員在斷路器現地匯控柜內增加二次配線即可完成。改后當需要通過該操作把手現地跳開斷路器3303時，將該操作把手向左切換45°，則第1跳閘回路和第2跳閘回路同時啟動。兩路控制電源中只要有1路電源正常，斷路器3303就會被跳開。

表1　LW5-15B0653型操作把手接點動作圖表

對于上述前2種方法，都需要在操作箱電路板上進行改線。最好是設備訂貨前提出技術要求，讓操作箱生產廠家在設備出廠前改好。而安康水電廠3號發變組高壓斷路器控制回路屬于已投運設備，經技術管理部門批準后采用第3種方法對斷路器3303跳閘回路進行改進:將斷路器現地操作把手備用跳閘接點接入斷路器第2路跳閘回路中。改后經試驗證明，不但兩路控制電源正常的情況下，通過現地操作把手能夠使斷路器正常跳、合閘，而且在只有1路控制電源正常的情況下，通過現地操作把手也能夠百分之百地完成斷路器跳閘操作。確保了斷路器3303跳閘控制回路的正確性與可靠性。

5結語

高壓斷路器操作控制回路是繼電保護和自動化控制過程的最后執行環節，對電力系統安全運行影響很大。因此，電力系統對斷路器操作控制回路的設計、施工都非常重視。為防止控制電源故障而影響斷路器操作控制回路可靠工作，330 kV電壓等級的斷路器，都采用2套相互獨立的直流控制電源。《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》還專門規定，有2組跳閘線圈的斷路器，其每一跳閘回路應分別由專用的直流熔斷器或自動開關供電。然而，無論何種原因造成任意一套直流電源失電，另一套直流電源應能確保該斷路器還能可靠操作。這一點必須引起有關設計和施工驗收人員的注意。

參考文獻:

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Improvement of Control Circuit for HV Breaker Tripping

LIAN Jie1, HE Lixian2

(1. Ankang Hydropower Plant, Shaanxi Electric Power Company, State Grid, Ankang City, Shaanxi725000,China; 2. Ankang Power Supply Company, Shaanxi Electric Power Company, State Grid, Ankang City, Shaanxi725000,China)

Abstract:Principle and connection of the operation cabinet of the breaker Model LY-33 are introduced. Cause, result and handling course of the occurrence of the power failure of the first control circuit are analyzed, solution and measures are provided as well.

Key words:breaker. line breaking of control circuit; power failure; tripping; measure

中圖分類號：TV734

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.020

作者簡介：連杰(1969- ),男,陜西省安康市人，工程師，高級技師，主要從事繼電保護檢修工作.

收稿日期：2015-10-29

文章編號：1006—2610(2016)01—0076—04