斷路器操作箱操作回路缺陷及改進(jìn)方法

汪輝宇 肖什飛

【摘要】LY-31型斷路器操作箱在沙田電站使用較多，在一次故障處理過程中，發(fā)現(xiàn)該型號(hào)的操作箱有使斷路器誤動(dòng)的可能，會(huì)給發(fā)電機(jī)組帶來極大的危害。本文通過對(duì)LY-31斷路器操作箱操作回路一次異常進(jìn)行處理的實(shí)例，分析查明其存在的缺陷，提出整改措施并通過實(shí)際處理，具有一定的實(shí)用性。

【關(guān)鍵詞】斷路器操作箱;位置繼電器;最低動(dòng)作電壓;定子反充電

1.引言

斷路器操作回路是斷路器重要控制、保護(hù)、監(jiān)視回路，在斷路器切斷一次回路的過程中起著重要的輔助作用，它是斷路器順利切斷一次電流且在異常情況下不出現(xiàn)損壞的保證。從保護(hù)裝置的應(yīng)用角度而言，一種微機(jī)保護(hù)其操作回路設(shè)計(jì)的好壞，是影響產(chǎn)品整體性能的一個(gè)必不可少的部分。

2.使用情況

GDGT801微機(jī)保護(hù)是南京自動(dòng)化公司生產(chǎn)的一種發(fā)變組保護(hù)裝置，我站現(xiàn)有7臺(tái)該型號(hào)的保護(hù)裝置投入使用，其中有5臺(tái)配置了LY-31型號(hào)的斷路器操作箱（發(fā)電機(jī)6KV出口斷路器3臺(tái)，主變中壓側(cè)35KV斷路器2臺(tái)）。自2007年第一臺(tái)該型號(hào)的斷路器操作箱在我站投入運(yùn)行以來，情況較好，并未發(fā)現(xiàn)異常情況。

3.故障情況

2013年8月6日在3號(hào)發(fā)電機(jī)停機(jī)230斷路器跳開后，發(fā)現(xiàn)機(jī)組保護(hù)柜上操作手柄和操作箱面板的斷路器位置信號(hào)燈指示不正確，操作手柄上跳閘位置燈亮而操作箱上位置燈不亮（均由合閘回路跳閘位置繼電器TWJ提供）。將230斷路器小車搖至試驗(yàn)位置后，對(duì)斷路器進(jìn)行了合、分閘試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)上述斷路器位置指示不正確問題有時(shí)出現(xiàn)有時(shí)不出現(xiàn)。

4.原因分析及查找

經(jīng)初步分析：認(rèn)為是跳閘位置繼電器TWJ（如圖1所示，實(shí)際為五個(gè)串聯(lián)，圖中只用一個(gè)TWJ代替）與斷路器內(nèi)合閘繼電器KA1（該斷路器由KA1的觸點(diǎn)去接通合閘線圈回路，沒有直接到合閘線圈）的電阻不匹配，造成跳閘位置繼電器所分壓處于臨界點(diǎn)，由于每個(gè)跳閘位置繼電器TWJ動(dòng)作電壓有一定的區(qū)別，從而致使跳閘位置繼電器TWJ觸點(diǎn)有的能動(dòng)作有的不能動(dòng)作，于是動(dòng)作電壓低的常開觸點(diǎn)通，動(dòng)作電壓高的常開觸點(diǎn)不通。

對(duì)于該情況，決定采用對(duì)合閘繼電器KA1并聯(lián)電阻的方法，以提高跳閘位置繼電器線圈的電壓，從而保證高跳閘位置繼電器能可靠動(dòng)作。為此，需要對(duì)斷路器的跳位置繼電器TWJ、合閘繼電器KA1線圈電阻以及跳閘位置繼電器最低動(dòng)作電壓進(jìn)行測量，并通過計(jì)算對(duì)待并電阻進(jìn)行選配。

圖1

而在現(xiàn)場對(duì)上述所需參數(shù)進(jìn)行測量時(shí)，某次跳開230斷路器后該斷路器立即自動(dòng)合閘，這說明跳閘后合閘線圈又被激磁，造成斷路器合閘，這個(gè)情況在以前正常停機(jī)跳230斷路器時(shí)并沒有發(fā)生。在經(jīng)過仔細(xì)查找后發(fā)現(xiàn)，造成該現(xiàn)象的原因是合閘回路中跳閘位置繼電器即N2：A4與N5：A6之間短路（如圖一所示）。

將該保護(hù)裝置操作箱中合閘模件拆下，對(duì)電路板并聯(lián)的續(xù)流二極管與跳閘位置繼電器TWJ進(jìn)行分開測量，發(fā)現(xiàn)跳閘位置繼電器并沒有損壞，但二極管被擊穿。從圖一上可以很明顯看出，在二極管被擊穿后，跳閘位置繼電器TWJ被短接。當(dāng)斷路器跳閘時(shí)，斷路器輔助接點(diǎn)DL閉合，整個(gè)合閘回路接通。由于此時(shí)為跳閘位置繼電器TWJ不能承擔(dān)分壓作用，致使220V直流電壓全部加在合閘繼電器KA1上，從而造成230斷路器合閘。

5.存在的缺陷及危害

當(dāng)在發(fā)電機(jī)處于正常停機(jī)狀態(tài)時(shí)，如果跳閘位置繼電器TWJ線圈損壞短路或者并聯(lián)的二極管擊穿短路（例如230斷路器操作箱在試驗(yàn)時(shí)已經(jīng)發(fā)生的情況），那么，就存在開關(guān)跳開后立即合閘，此時(shí)就會(huì)發(fā)生發(fā)電機(jī)定子反充電事故，使定子線圈受到全電壓短路沖擊，將致使發(fā)電機(jī)定子線圈短路，將產(chǎn)生巨大的電動(dòng)力，使定子線圈絕緣損壞發(fā)熱燒毀，后果不堪設(shè)想。

6.處理方法

通過分析，可以采用在跳閘位置繼電器TWJ上串聯(lián)電阻和在合閘繼電器KA1上并聯(lián)電阻。通過所串、并電阻來達(dá)到同跳閘位置繼電器TWJ、合閘繼電器KA1電阻之間的匹配來解決這個(gè)問題，從而達(dá)到以下目的：

（1）在手、自動(dòng)合閘時(shí)能正確動(dòng)作;

（2）正常狀態(tài)時(shí)，合閘繼電器KA1所分電壓不超過其最低動(dòng)作電壓;

（3）跳閘位置繼電器TWJ能可靠動(dòng)作，正確反映開關(guān)狀態(tài);

（4）在跳閘位置繼電器短路后，合閘繼電器KA1能可靠不動(dòng)作，避免出現(xiàn)跳閘后立即合閘的定子反充電事故。

圖2

如圖2所示，設(shè)跳閘位置繼電器TWJ最低動(dòng)作電壓U1，合閘繼電器HJ最低動(dòng)作電壓U2，跳閘位置繼電器TWJ直流電阻為RTWJ，合閘繼電器KA1直流電阻為RKA1，串聯(lián)電阻為R1，并聯(lián)電阻為R2。

分析計(jì)算如下：

（1）

? ? ? ? ? （2）

（3）

由（2）、（3）可得：

（4）

（5）

設(shè)：

（6）

則由（1）、（6）可得：

（） ? ? ? ?（7）

由以上各式易知：R2的值在某一個(gè)范圍可以滿足條件，如果我們給R2一個(gè)明確的值，那么，我們可以求得R1值的一個(gè)范圍，在此范圍內(nèi)選取R2的一個(gè)值，即可滿足要求。事實(shí)上：當(dāng)M>RKA1時(shí)，我們并不需要并聯(lián)R2，只需要串聯(lián)一個(gè)R1即可滿足要求，此時(shí)就不能根據(jù)式（7）來求R2的值的范圍，式中RKA1-M<0也能很好的體現(xiàn)這一點(diǎn)。我們也可以根據(jù)式（4）求出Rx的范圍值，此時(shí)Rx的值是大于RKA1的實(shí)際值的，對(duì)于一個(gè)電阻來說，在并聯(lián)其他電阻后所體現(xiàn)的值只會(huì)變小，而這里變大顯然是不可能的，所以造成式（7）的錯(cuò)誤。當(dāng)然，并聯(lián)電阻也是可以的，并聯(lián)后會(huì)使合閘繼電器KA1端電壓進(jìn)一步降低，提高跳閘位置繼電器TWJ兩端電壓。因此，在這種情況下，完全可以不并聯(lián)電阻。

7.實(shí)際處理情況及效果

按照上述方法，本實(shí)例中所需要的各項(xiàng)數(shù)據(jù)測量值如下：

（1）跳閘位置繼電器TWJ合閘繼電器KA1電阻

跳閘位置繼電器TWJ 合閘繼電器KA1

29.00K 16.2K

（2）跳閘位置繼電器TWJ合閘繼電器KA1最低動(dòng)作電壓

合閘繼電器KA1最低動(dòng)作電壓 137.00V

跳閘位置繼電器TWJ

所選觸點(diǎn) 最低動(dòng)作電壓

9X：32-9X：33 135

9X：40-9X：41 142

9X：42-9X：43 135

9X：44-9X：45 137

9X：46-9X：47 144

由于電路板元件不宜拆散，表格內(nèi)所側(cè)跳閘位置繼電器電阻和電壓為5個(gè)繼電器串聯(lián)所測值，而以上數(shù)據(jù)也說明在未做處理前最低動(dòng)作確實(shí)在臨界點(diǎn)。這里，為保證跳閘位置繼電器TWJ可靠動(dòng)作，我們應(yīng)該選取最高144V為最低動(dòng)作電壓。

即：230斷路器跳閘位置繼電器TWJ的最低動(dòng)作電壓U1=144V，其合閘繼電器KA1最低動(dòng)作電壓U2=137V，其跳閘位置繼電器TWJ的電阻RTWJ=29.0，合閘繼電器KA1的電阻為RKA1=16.2。通過以上推導(dǎo)計(jì)算有：0

本例中，我們選取了R1=8為串聯(lián)電阻，依照以上推算，當(dāng)正常狀態(tài)時(shí)，跳閘位置繼電器TWJ兩端電壓為161.4V大于最低動(dòng)作電壓144V，可靠動(dòng)作，合閘繼電器KA1兩端電壓為14.1V小于最低動(dòng)作電壓137V，當(dāng)跳閘位置繼電器被短路時(shí)合閘繼電器KA1兩端電壓為52.86V小于最低動(dòng)作電壓137V，均能可靠不動(dòng)作。另外，我們對(duì)斷路器進(jìn)行了上電操作，測量了跳閘位置繼電器TWJ、合閘繼電器KA1帶電后實(shí)際電壓值，并與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比對(duì);同時(shí)，我們模擬了跳閘位置繼電器被短路故障，測量了合閘繼電器KA1帶電后實(shí)際電壓值，均與預(yù)先計(jì)算值相同，而且，斷路器沒有誤動(dòng)，達(dá)到了滿意的效果。

這樣，我們就可以在跳閘位置繼電器TWJ被短路時(shí)，避免斷路器誤合使發(fā)電機(jī)定子線圈受到全電壓短路沖擊，從而不存在電機(jī)定子線圈燒毀的可能。

8.拓展延伸

對(duì)于230斷路器的跳閘回路，如果在機(jī)組發(fā)電態(tài)的時(shí)候合閘位置繼電器HWJ線圈短路或并聯(lián)二極管擊穿短路時(shí)，那么操作電壓將直接加在跳閘繼電器KA2上，斷路器會(huì)直接跳閘，此時(shí)，將會(huì)造成轉(zhuǎn)子過速和過電壓。

圖3

如果要使在合閘位置繼電器HWJ線圈短路或并聯(lián)二極管擊穿短路時(shí)，跳閘繼電器TJ不誤動(dòng)致使斷路器誤跳，我們一樣可以采用串、并聯(lián)電阻，同樣進(jìn)行計(jì)算從而合理選取電阻達(dá)到滿意的效果（如圖3所示）。實(shí)際上，我們對(duì)此也進(jìn)行了改造，效果也非常好，由于和合閘回路處理方法相同，因此不再重復(fù)。

此外，由于各方面的原因使操作電壓存在波動(dòng)的可能，在電壓波動(dòng)時(shí)斷路器同樣不能誤動(dòng)，我們可以取±10%為電壓波動(dòng)范圍，則只需要在處理計(jì)算中對(duì)跳、合位置繼電器電阻范圍計(jì)算時(shí)候取-10%誤差，對(duì)跳、合閘繼電器取+10%誤差即可。

還有，許多斷路器從操作箱出來后直接就到了跳、合閘線圈，并沒有同本文中一樣還有跳、合閘繼電器。對(duì)此，只需要將跳、合閘線圈看作跳、合閘繼電器即可。

9.結(jié)束語

本文對(duì)LY-31型斷路器操作箱所存在的缺陷進(jìn)行了探討，提出了一種可行的方法，并以我站實(shí)際改造應(yīng)用為說明，該方法消除了隱患，取得了較好的效果。雖然斷路器操作回路已經(jīng)很成熟，但由于要實(shí)現(xiàn)的各種功能較多，接線形式就相對(duì)復(fù)雜，因此，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的時(shí)候難免出現(xiàn)疏忽，難免會(huì)出現(xiàn)缺陷，再者，二次輔助回路的缺陷一般都比較隱蔽，輕易不容易發(fā)現(xiàn)它的存在，這就會(huì)帶來隱患。本文中如果不是剛好試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)故障，而是在其他的時(shí)候出現(xiàn)，必將發(fā)生定子反充電事故，對(duì)發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生極大的危害。在裝新的保護(hù)柜或斷路器時(shí)，我們要特別注意二次回路之間的配合，仔細(xì)推敲，盡可能考慮可能會(huì)出現(xiàn)的問題。

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[3]郭占偉等.斷路器操作回路詳述[J].繼電器，2004.32（19）：67-70.

作者簡介：

汪輝宇（1986—），男，大學(xué)本科，現(xiàn)供職于湖南東江水力發(fā)電廠，主要從事水電站電氣檢修工作。

肖什飛（1986—），男，大學(xué)本科，現(xiàn)供職于湖南東江水力發(fā)電廠，主要從事水電站電氣檢修工作。