何文昕

(南京市金陵中學(xué)，江蘇南京，210005)

0 引言

由于國內(nèi)外標準和使用習(xí)慣的差異，一些在國內(nèi)普遍應(yīng)用和成熟的設(shè)備及設(shè)計方案已不能很好的滿足國外客戶需求，斷路器的控制回路就是其中之一。斷路器的控制回路是保證斷路器正常分合的重要組成部分，為電網(wǎng)的可靠運行提供重要保障，國內(nèi)斷路器操作大多采用操作箱的方式，而國外習(xí)慣采用輔助繼電器的方式。南瑞繼保在借鑒國外運行經(jīng)驗基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)操作箱的優(yōu)點，設(shè)計了基于模塊化繼電器的斷路器控制回路，將操作箱中的各個功能進行模塊化設(shè)計和封裝，且在原理方面進行改進，用戶可以根據(jù)工程需要進行靈活配置，以滿足工程需求。

1 國內(nèi)外斷路器控制回路方案分析

1.1 國內(nèi)集中式操作箱方案

國內(nèi)工程對斷路器控制主要基于集中式操作箱實現(xiàn)，操作箱作為繼電保護及測控等二次設(shè)備與斷路器機構(gòu)配合的操作接口裝置。集中式操作箱如圖1所示。

圖1 集中式操作箱

其主要功能如下：(1)手動、遙控及保護分、合閘接口功能。(2)跳、合閘電流保持功能。(3)斷路器位置監(jiān)視功能。(4)防跳功能。(5)壓力閉鎖功能。(6)與繼電保護裝置的配合功能。(7)信號輸出及指示功能。

1.2 國外分散式繼電器方案

國外應(yīng)用比較廣泛的是分散式輔助繼電器方案，很多二次設(shè)備制造廠家如GE、ABB、西門子等均采用此方式。分散式繼電器如圖2所示。

圖2 分散式繼電器

其主要功能如下：(1)快速跳閘繼電器：跳、合閘接點擴展及隔離重動。(2)大容量繼電器：斷路器失靈保護跳閘拉弧。(3)LOCKOUT繼電器：永久跳閘閉鎖合閘功能。(4)直流電源監(jiān)視繼電器：每路直流的末端并接繼電器監(jiān)視電源。(5)跳合閘回路監(jiān)視繼電器：監(jiān)視斷路器在分位及合位下跳、合閘線圈。(6)信號重動繼電器：一次機構(gòu)信號重動擴展。(7)直流切換繼電器：單套保護、測控等設(shè)備直流電源切換。

1.3 差異分析

由于國外和國內(nèi)保護設(shè)備邏輯、二次回路設(shè)計、一二次設(shè)備配合、運營維護習(xí)慣以及規(guī)程規(guī)范的差異，當操作箱用于國外工程時不能很好滿足斷路器的控制回路的要求，主要體現(xiàn)在以下幾點：(1)操作箱的部分功能無法滿足需求：如LOCKOUT跳閘、斷路器在分位狀態(tài)下的跳閘回路監(jiān)視等。(2)操作箱回路的部分功能不需要：如防跳功能、壓力閉鎖功能、跳合閘電流保持回路等。(3)操作箱為公共接口設(shè)備，每個保護的出口均經(jīng)操作箱，雖然配置雙操作箱時，單個操作箱損壞后可避免整間隔檢修，但檢修時需斷電且相關(guān)回路的隔離措施較為復(fù)雜。(4)操作箱裝置體積較大，功能回路較多，單套配置時無法滿足用戶檢修維護的需要，雙套配置時又對組屏造成一定困難。

在國外應(yīng)用的輔助繼電器方案，具有配置靈活，回路簡單，便于維護，經(jīng)濟性好等特點，但繼電器較為分散，接線回路較為復(fù)雜，對調(diào)試和維護不太方便；且繼電器大部分為國外廠家生產(chǎn)，采購供貨周期長，質(zhì)保周期短，售后服務(wù)響應(yīng)速度慢，不能滿足客戶及時、快速的需求，對工程實施造成較大影響。

2 斷路器控制回路模塊化繼電器方案

2.1 模塊化繼電器方案

針對上述問題，南瑞繼保綜合兩種方案的優(yōu)點，設(shè)計了斷路器控制回路相關(guān)的各種功能的模塊化繼電器，將原操作箱的各個回路功能獨立插件設(shè)計，按工程需要隨意增減，靈活配置，達到了對國外工程斷路器控制的目的。模塊化繼電器如圖3所示。

圖3 模塊化繼電器

主要的模塊化繼電器有：(1)跳閘回路監(jiān)視繼電器：包含分相斷路器和三相斷路器監(jiān)視，無論開關(guān)在分位還是合位均能監(jiān)視跳閘回路。在斷路器分位情況下，如果回路出現(xiàn)故障，可以發(fā)出告警并閉鎖斷路器合閘，避免合閘后出現(xiàn)故障開關(guān)無法跳開的情況，提前預(yù)防了事故的發(fā)生。(2)大功率電氣復(fù)歸輔助繼電器：該繼電器模塊主要由保持繼電器構(gòu)成，具有回路監(jiān)視、跳閘后閉鎖合閘回路功能，在故障沒有解除，運行人員沒有復(fù)歸該繼電器之前不能合閘，避免誤操作，可以替代國外的LOCKOUT繼電器。(3)電流輔助繼電器：將操作箱中的電流保持回路獨立設(shè)計成模塊化繼電器，可以提供給客戶選配，滿足靈活配置的需求。(4)自復(fù)歸繼電器：作為跳閘繼電器使用，模塊中增加了繼電器監(jiān)視功能，一旦出現(xiàn)故障可以發(fā)出告警信號，避免由于內(nèi)部損壞導(dǎo)致不能出口跳閘。(5)出口重動繼電器，高動作功率，輸出接點不保持，動作信號電氣復(fù)歸。各模塊式繼電器采用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)設(shè)計，外形美觀，體積較小，組屏美觀，便于維護。

2.2 模塊化繼電器優(yōu)勢

模塊化繼電器相對于分散繼電器，主要有以下優(yōu)勢：(1)功能。模塊化繼電器種類齊全，功能完善，配置靈活，易于擴展，可滿足工程的多樣需求。(2)機殼。采用金屬機殼，抗電磁干擾能力強，內(nèi)部電氣絕緣及整體設(shè)備耐壓標準和主保護繼電器一致。(3)器件。內(nèi)部采用了全密封、高阻抗、小功耗繼電器，降低了功耗和發(fā)熱，改善了防潮等性能，提高了繼電器的安全性。(4)集成度高。每塊板卡可集成繼電器較多，各繼電器之間采用印制電路板的連接，相對于獨立的輔助繼電器之間組屏?xí)r通過線纜連接，回路和接口簡單清晰，易于排查問題，可靠性高，組屏安裝時占用空間較少。相對于輔助繼電器裸露安裝方式，不容易誤碰，更加安全。輔助繼電器與全密封繼電器如圖4示。(5)質(zhì)量。采用的元器件均經(jīng)廠內(nèi)嚴格測試及篩選，整機及插件經(jīng)廠內(nèi)全面測試。(6)維護。單個繼電器損壞后更換、維修比較方便，同時相關(guān)聯(lián)的回路較少，隔離措施較為簡單。

圖4 輔助繼電器與全密封繼電器

3 模塊化繼電器實施方法與工程應(yīng)用

國外工程的斷路器控制主要采用直跳、快速跳閘繼電器隔離重動或通過LOCKOUT繼電器跳閘的模式，不同的國家的LOCKOUT繼電器的配置模式不盡相同，有對應(yīng)每個保護單獨配置的模式，也有對應(yīng)兩組跳閘線圈配置兩組LOCKOUT繼電器的模式。國內(nèi)二次設(shè)備廠家供貨時，可根據(jù)不同的工程需求配置上述介紹的相應(yīng)功能的模塊化繼電器，以取代分散的輔助繼電器。

該方案可以簡化設(shè)計，同時優(yōu)化組屏方案，減少屏柜數(shù)量，比如一個半接線方式的斷路器保護控制配置，原先操作箱方案需要三面柜，改用模塊化的繼電器方案只需一面柜，供應(yīng)商節(jié)約了成本，用戶縮減了控制室建筑面積，經(jīng)濟性十分優(yōu)越，已經(jīng)在中電裝備埃塞500kV GDHA工程、印度國家電網(wǎng)765kV變電站中成功應(yīng)用，運行良好。

4 結(jié)語

基于模塊化繼電器的斷路器控制回路設(shè)計簡化了二次回路，提高了設(shè)計效率；該設(shè)計方案摒棄國外用戶不常使用的操作箱方案中的壓力監(jiān)視、位置重動、跳合閘電流保持等插件，節(jié)省了資源；各功能模塊獨立，可以按照用戶不同需求進行靈活配置。

模塊化的繼電器設(shè)計精巧，結(jié)構(gòu)緊湊，配置靈活，大大優(yōu)化了柜面布置，節(jié)約了屏柜空間，減少了屏柜數(shù)量，整體上提高了工程的經(jīng)濟性，而又不影響工程的技術(shù)性，提高了企業(yè)在國際市場的競爭力。