跳合閘線圈驅動回路繼電保護裝置的設計研究

國網安徽省電力有限公司阜陽供電公司 吳有中 趙德陽 賈麗娟 李 倩 王劉拴

文章圍繞跳合閘線圈驅動回路繼電保護裝置，考慮到運行過程中可能出現的一些故障，以解決問題為前提，對跳合閘線圈保護裝置進行了介紹，分析了裝置設計期間使用的技術特點與設計原則，從硬件和軟件兩個方面探討了如何設計該繼電保護裝置，最后通過實驗探究的方式介紹了跳合閘線圈故障的處理，目的在于規避跳合閘線圈運行故障。

跳合閘線圈是高壓斷路器中的分、合閘部分的核心部件，直接關系到電網安全運行。傳統繼電保護經常會出現燒毀問題，其主要原因在于機械出現故障或者輔助開關位置不當等，不僅將事故范圍擴大，還影響了電力系統運行。所以，需要進行跳合閘線圈驅動回路繼電保護裝置設計，重點解決存在的諸多問題。

1 跳合閘線圈保護裝置

該分合閘線圈保護裝置（圖1）內主要包括如下裝置：數據處理器、驅動電路、繼電器、霍爾直流電流傳感器、人機交互模塊、報警輸出模塊部分，其運行原理如下：（1）霍爾直流電流傳感器采集跳閘（合閘）保持回路內直流電流并傳送給數據處理器；（2）數據處理器將采集到的數據進行分析保存，若跳閘（合閘）保持回路中的直流電流保持一定的時間以上時，數據處理器發出驅動信號；（3）驅動信號通過驅動電路使繼電器線圈帶電，常開節點閉合，常閉節點斷開；（4）跳閘（合閘）保持回路斷開，斷路器機構里的分合閘線圈不再帶電。

圖1 跳合閘線圈驅動回路繼電保護裝置

2 技術特點與設計原則

2.1 技術特點

分合閘線圈保護裝置線圈驅動回路內驅動電流信號狀態進行實時在線監測，并且對有效線圈驅動電流信號展開計時操作，當已經達到預定時間長度，這時再將驅動電流信號切除，以免線圈受損。驅動回路內串聯繼電器是大容量常閉觸點，控制回路當中設置了防干擾措施，確保原分合閘線圈驅動回路電氣安全性。提供報警輸出模塊可以遠程傳輸分合閘線圈保護裝置工作狀態和動作狀態信息。

2.2 設計原則

跳合閘線圈驅動回路繼電保護裝置設計必須要遵循先進性、可靠性、產品易操作、維護簡便這幾點原則，將分合閘線圈由于故障導致長時間帶電損壞問題予以解決，并且抓住人機安全和可靠性這些要點，將其視為裝置設計開發方案設計的首要原則，確保裝置應用的過程中，不會因為裝置使用導致分合閘線圈誤動拒動等問題。滿足以上要求之后，再制定可行的優化方案，按照簡便性這一原則，結合裝置設計需求進行裝置整體功能設計，從而提高裝置運行效率。

3 跳合閘線圈驅動回路繼電保護裝置設計

本文分析的跳合閘線圈驅動回路繼電保護裝置，主要涉及到變電站中控制跳合閘線圈在跳合閘操作過程中，防止因為機械故障或者輔助開關位置不當等諸多原因，導致出現跳合閘線圈長時間帶電損壞問題的繼電保護裝置，具體設計如下：

3.1 硬件系統設計

裝置的硬件系統主要是應用TI高性能DSP TMS320C6713當作主CPU，霍爾電流傳感器負責測量直流電流，以歐姆龍繼電器發揮線圈回路保護繼電器。

3.2 軟件系統設計

斷路器分合閘線圈驅動回路繼電保護裝置主要是通過跳合閘線圈直流測量，在相應邏輯對分合閘線圈回路的基礎上完成保護，其核心功能是分（合）閘線圈定時限、反時限、分（合）閘線圈有流告警等。

3.2.1 分閘線圈定時限

該裝置主要是對分閘線圈電流值進行實時計算，如果分閘線圈電流超過了整定定值的80%，這時分閘線圈定時線段將會開始運行，直到滿足設定時間定值位置，裝置的出口將跳圈回路保護線圈斷開，而出口動作邏輯先將IGBT合上，再將繼電器、IGBT斷開。

3.2.2 分閘線圈反時限

該項公式中，T代表分閘線圈定時限時間定值，Ip則是分閘線圈反時限啟動電流，將軟件設置成線圈額定電流，I代表分閘線圈電流實測值。分閘線圈定時限與反時限這兩者可以直接組成分閘線圈保護，如果線圈電流與之前設置的額定電流相等，那么定時限與反時限動作時間則是一致的。如果因為分閘線圈電壓過高導致分閘線圈電流超過了額定電流，那么將會縮短分閘線圈反時限保護時間，對分閘線圈進行保護。分閘線圈定時限與反時限出口會協調配合，定時限動作過程中可以先對反時限動作進行合理判斷，檢查其是否已經動作，若反時限已經有了對應的動作，那么這時定時限則只是發出動作報文。如果處于反時限動作狀態下，需要對定時限動作，若定時限已經有動作，反時限同樣只是發出動作報文。

3.3 分閘線圈有流告警

如果分閘線圈已經超過額定電流20%，會將分閘線圈定時線段的時間定值會延時處理，并且分閘線圈將會發出有流告警。

3.4 合閘線圈定時限

跳合閘線圈驅動回路繼電保護裝置對于合閘線圈電流值進行實時計算，如果合閘線圈電流已經超過整定定值的80%，并且合閘線圈定時線段開始運行，滿足設置時間定值要求，那么該裝置的出口必須要將跳圈回路保護跳圈斷開。由出口動作邏輯將IGBT合上，再將繼電器和IGBT斷開。

3.5 合閘線圈反時限

合閘線圈定時限與反時限直接組成合閘線圈保護，如果線圈電流與設置的額定電流相等，定時限、反時限動作的時間也是一致的。如果因為合閘線圈故障等相關原因導致合閘線圈電流超過額定電流，這時將會使合閘線圈反時限保護動作的運行時間縮短，對合閘線圈進行合理保護。

此外，合閘線圈定時限、反時限出口之間也會充分配合，一旦定時限動作，先對反時限動作進行判斷，關于這一點，與分閘線圈反時限相同。

3.6 合閘線圈有流告警

如果合閘線圈電流超過額定電流20%，這會將合閘線圈定時限段時間延長，同時合閘線圈發出有流告警。

4 跳合閘線圈特性實驗與結論

因為溫度這一物理量帶有一定的慣性，一旦線圈通電，往往溫度不會快速達到最大值，會緩慢升溫。線圈電阻也會在溫度因素的影響下出現改變，流經線圈電流同樣會出現改變。按照溫度慣性與線圈電阻特征，可以制定完善的實驗方案。使線圈和可調直流穩壓電源輸出相連接，同時線圈上增設測溫傳感器與電流檢測傳感器這兩種設備，將直流電源輸入電壓設置為220v，這時開始輸出并計時，將記錄的電流值記為I1，當滿足通電時間t0時，將電流值記錄為I2，隨即將電源切斷，這時記錄線圈可能達到的最大溫度值，記為T。

經過試驗發現，如果通流時間為105s，這時線圈電流會驟然增加，隨即將線圈燒毀，且這時線圈溫度達到135℃。根據這一結果，建議設置保護定值，實施保護動作之后不能自動復歸，必須要由技術人員進行專業處理，隨后再手動復歸。

5 結束語

綜上所述，跳合閘線圈運行過程中極有可能因為機械故障等原因出現燒毀一類的問題，為了實現其安全運行，需要設計驅動回路繼電保護裝置。這就需要相關操作人員全面了解跳合閘線圈專業基礎與知識，做好裝置設計工作，選擇合適的裝置，最大程度的規避運行故障，從而提高其運行安全性與穩定性。