斷路器線(xiàn)圈保護(hù)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

段翔 張寒

[摘要]基于微機(jī)保護(hù)裝置斷路器操作回路特性，分析了操作回路的組成及工作原理，得出斷路器線(xiàn)圈燒毀的原因及線(xiàn)圈保護(hù)器設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。以斷路器線(xiàn)圈保護(hù)為核心，完成線(xiàn)圈保護(hù)器的硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)流程，并進(jìn)行了相關(guān)的可靠性測(cè)試分析。測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)斷路器進(jìn)行分、合閘操作，其輔助觸點(diǎn)動(dòng)作不到位時(shí)，線(xiàn)圈保護(hù)器將自動(dòng)斷開(kāi)斷路器線(xiàn)圈及操作回路上保持繼電器回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器線(xiàn)圈的保護(hù)。

[關(guān)鍵詞]斷路器;操作回路;線(xiàn)圈保護(hù)器;可靠性測(cè)試

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。

1微機(jī)保護(hù)操作回路原理及斷路器線(xiàn)圈動(dòng)作特性

在當(dāng)前微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，均帶有斷路器操作回路，由防跳回路、合閘啟動(dòng)保持回路、跳位監(jiān)視回路、跳閘啟動(dòng)保持回路、合位監(jiān)視回路組成。圖1為某微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部斷路器操作回路的典型設(shè)計(jì)，共分為3部分。

1.1防跳回路

如圖1中的TBJ1B繼電器，在斷路器操作過(guò)程中，當(dāng)合閘信號(hào)和跳閘信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)，防跳回路啟動(dòng)，斷開(kāi)操作回路中的合閘保持驅(qū)動(dòng)回路，使得斷路器處于分閘狀態(tài)。

1.2合閘保持驅(qū)動(dòng)回路

如圖1中的SE出口接線(xiàn)，在該操作回路中接斷路器儲(chǔ)能常開(kāi)觸點(diǎn)位置后，接入斷路器合閘線(xiàn)圈，一旦斷路器儲(chǔ)能電機(jī)儲(chǔ)能到位，其儲(chǔ)能常開(kāi)儲(chǔ)能接點(diǎn)閉合，為合閘準(zhǔn)備，若合閘信號(hào)HZ出現(xiàn)，操作電源正端→合閘觸點(diǎn)HZ→HBJ1A合閘保持繼電器→防跳繼電器常閉觸點(diǎn)TBJ1C及TBJ1F→斷路器的儲(chǔ)能觸點(diǎn)SE→斷路器合閘線(xiàn)圈→操作電源負(fù)端，HBJ1A得電動(dòng)作，其合閘保持觸點(diǎn)HBJ1B及HBJ1C閉合，鎖定斷路器線(xiàn)圈回路接通，此時(shí)，即使合閘信號(hào)消失，線(xiàn)圈回路也會(huì)一直保持接通，其合閘線(xiàn)圈接線(xiàn)原理如圖2所示。當(dāng)斷路器合閘到位，僅當(dāng)其常閉觸點(diǎn)QF斷開(kāi)，合閘保持回路失電斷開(kāi)，否則，將燒毀合閘線(xiàn)圈或微機(jī)保護(hù)的保持繼電器回路。

1.3跳位監(jiān)視回路

當(dāng)斷路器處于分閘狀態(tài)下，如圖1中的HQ信號(hào)接線(xiàn)端子，接于圖2斷路器串聯(lián)的常開(kāi)儲(chǔ)能接點(diǎn)SE的受電端，監(jiān)視合閘回路中的斷路器處于分閘狀態(tài)時(shí)的狀態(tài)位置QF及合閘線(xiàn)圈HQ的導(dǎo)通性，當(dāng)斷路器處于分閘到位，其常閉觸點(diǎn)QF閉合，合閘線(xiàn)圈QF上流過(guò)跳位監(jiān)視回路上的電流，其值為mA級(jí)，可靠保證斷路器合閘線(xiàn)圈HQ不動(dòng)作，該回路為常時(shí)間帶電回路。

2線(xiàn)圈保護(hù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1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。

2.1.1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%

2.1.2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。

2.1.3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%。

2.1.4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%。

2.2保護(hù)硬件實(shí)現(xiàn)

線(xiàn)圈保護(hù)器硬件設(shè)計(jì)原理如圖3所示。圖3中，vin+、vin-分別接圖4中的線(xiàn)圈HQ-1、HQ-2，vout+、vout-直接接線(xiàn)圈電磁鐵本體，RZ實(shí)現(xiàn)線(xiàn)圈回路的過(guò)電壓保護(hù)，D1防止線(xiàn)圈回路電源接反，D8實(shí)現(xiàn)線(xiàn)圈放電。R1—R4，D2—D4，C1—C4完成線(xiàn)圈保護(hù)器電源電壓的實(shí)現(xiàn)，其中，R1—R4完成電壓信號(hào)的隔離降幅，D2—D4實(shí)現(xiàn)電壓的幅值穩(wěn)定，C1—C4實(shí)現(xiàn)電源電壓的低頻濾波，高頻退耦功能;電阻R5—R7及D5實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓取樣回路;R8—R12、Q1、U2、D7完成線(xiàn)圈保護(hù)器的兩級(jí)開(kāi)出驅(qū)動(dòng)，當(dāng)控制器監(jiān)測(cè)到采樣電壓大于154V時(shí)，驅(qū)動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)延時(shí)到定時(shí)出口時(shí)間，驅(qū)動(dòng)一級(jí)開(kāi)出即PB5為高電平，Q1飽和，Q2斷開(kāi)，切斷線(xiàn)圈回路的大電流回路，斷路器線(xiàn)圈返回;在一級(jí)開(kāi)出的基礎(chǔ)上延時(shí)100ms，驅(qū)動(dòng)二級(jí)開(kāi)出即PB3為高電平，啟動(dòng)U2模塊，繼電器動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)線(xiàn)圈保護(hù)器的mA級(jí)小電流回路，操作回路的保持驅(qū)動(dòng)回路返回，其系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)微機(jī)保護(hù)裝置斷路器操作回路的特性，分析斷路器分、合閘線(xiàn)圈燒毀的原因，設(shè)計(jì)了線(xiàn)圈保護(hù)器，并完成了其可靠性測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該線(xiàn)圈保護(hù)器不影響微機(jī)保護(hù)裝置監(jiān)視回路信號(hào)采樣，不僅適用于帶微機(jī)保護(hù)的220V操作電源的斷路器，對(duì)礦井供電系統(tǒng)下的智能防爆開(kāi)關(guān)等無(wú)操作回路的真空機(jī)械保持的斷路器線(xiàn)圈，當(dāng)操作電壓不是220V時(shí)，只要對(duì)線(xiàn)圈保護(hù)器的硬件參數(shù)做適當(dāng)?shù)男薷?，均能滿(mǎn)足對(duì)線(xiàn)圈的可靠性保護(hù)。

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