摘要：斷路器操作回路是斷路器動(dòng)作控制的重要環(huán)節(jié)，其主要作用是對斷路器發(fā)出跳、合閘脈沖，防止斷路器出現(xiàn)“跳躍”現(xiàn)象，對斷路器跳、合閘回路進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)視。合理、可靠、完善的斷路器操作回路設(shè)計(jì)能顯著提高斷路器動(dòng)作的正確性及可靠性。首先介紹了斷路器操作回路的基本要求和組成，然后以南瑞繼保的智能終端PCS-222CG和ABB的SAM600 IO為例進(jìn)行了分析比較，并針對ABB的SAM600 IO跳閘監(jiān)視回路存在的問題提出了改進(jìn)措施，對開關(guān)跳閘監(jiān)視回路的設(shè)計(jì)和改進(jìn)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：斷路器：操作回路：跳閘監(jiān)視;防跳回路

0 引言

斷路器是一切繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置二次回路邏輯的最終執(zhí)行單位，即變電站內(nèi)所有的微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)裝置動(dòng)作的最終結(jié)果是使斷路器跳閘或合閘。合理、可靠、完善的斷路器操作回路設(shè)計(jì)能顯著提高斷路器動(dòng)作的正確性及可靠性。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)110 kV及以下電壓等級的變電站繼電保護(hù)裝置大多采用保護(hù)裝置和操作控制回路一體化配置方案，使得裝置結(jié)構(gòu)更加緊湊、調(diào)試維護(hù)更加方便。斷路器操作回路設(shè)計(jì)的工作原理基本相同，跳閘回路的監(jiān)視則是根據(jù)用戶要求不同而有所差別。

1 控制回路的基本要求

《火力發(fā)電廠、變電站二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5136—2012）中對斷路器控制回路的功能規(guī)定如下：（1）應(yīng)有電源監(jiān)視，并宜監(jiān)視跳、合閘繞組回路的完整性;（2）應(yīng)能指示斷路器合閘與跳閘的位置狀態(tài)，自動(dòng)合閘或跳閘時(shí)應(yīng)能發(fā)出報(bào)警信號;（3）合閘或跳閘完成后應(yīng)使命令脈沖自動(dòng)解除;（4）有防止斷路器“跳躍”的電氣閉鎖裝置，宜使用斷路器機(jī)構(gòu)內(nèi)的防跳回路;（5）接線應(yīng)簡單可靠，使用電纜芯最少。

根據(jù)上述規(guī)范要求，一個(gè)完整的控制回路主要由合閘回路、跳閘回路、防跳回路、斷路器操作閉鎖回路、斷路器位置監(jiān)視回路等組成。斷路器操作回路設(shè)計(jì)可為一個(gè)單獨(dú)插件與保護(hù)裝置合為一體。保護(hù)插件和操作回路通過一定的電氣連接，但是功能上可以完全獨(dú)立，以南瑞繼保的110 kV線路保護(hù)PCS-943AM的操作回路為例，其操作回路原理接線如圖1所示。

2 斷路器跳閘監(jiān)視回路設(shè)計(jì)

2.1? ? 跳閘監(jiān)視回路設(shè)計(jì)原理

如前文所述，控制回路應(yīng)有電源監(jiān)視，并宜監(jiān)視跳、合閘繞組回路的完整性以及指示斷路器合閘與跳閘的位置狀態(tài)，所以一般在控制回路設(shè)計(jì)中通過TWJ和HWJ來監(jiān)視跳閘回路、合閘回路的完整性。

TWJ和HWJ的常閉接點(diǎn)串聯(lián)發(fā)“控制回路斷線”信號。當(dāng)回路完好時(shí)，TWJ和HWJ必然有一個(gè)啟動(dòng);當(dāng)控制回路異常時(shí)，TWJ和HWJ均失電，常閉接點(diǎn)閉合，發(fā)“控制回路斷線”信號。此外，可以利用TWJ的常開接點(diǎn)啟動(dòng)綠燈，HWJ的常開接點(diǎn)啟動(dòng)紅燈。綠燈亮?xí)r，表示斷路器處于分閘狀態(tài);紅燈亮?xí)r，表示斷路器處于合閘狀態(tài)。

如圖1所示，當(dāng)斷路器處于分位時(shí)，+KM—TWJ1—R1—52b—HC—-KM，即可監(jiān)視合閘線圈，且可以監(jiān)視斷路器跳閘的位置。當(dāng)斷路器處于合位時(shí)，+KM—HWJ1—R1—52a—TC—-KM，即可監(jiān)視跳閘線圈，且可作為斷路器合閘指示。

上述回路也存在一定的缺陷，當(dāng)斷路器處于分位時(shí)，斷路器常開接點(diǎn)52a處于分開狀態(tài)，HWJ回路處于斷開狀態(tài)，這使得跳閘線圈TC的狀態(tài)失去監(jiān)視。對于國外項(xiàng)目，要求斷路器無論處于分位還是合位，都可以連續(xù)監(jiān)視跳閘線圈TC的狀態(tài)，為下一次合閘和分閘做準(zhǔn)備，避免斷路器處于分位時(shí)跳閘線圈TC損壞，否則下次斷路器合閘出現(xiàn)故障時(shí)，無法立即跳閘。2.2? ? 國外跳閘監(jiān)視回路設(shè)計(jì)原理

結(jié)合實(shí)際工程，以澳洲一個(gè)66 kV智能變電站為例，分析66 kV線路間隔的斷路器跳位監(jiān)視回路的設(shè)計(jì)。以南瑞繼保的智能終端PCS-222CG和ABB的SAM600 IO為例進(jìn)行分析比較。

（1）PCS-222CG斷路器跳閘監(jiān)視回路接線如圖2所示。

當(dāng)斷路器處于合閘位置時(shí)，斷路器常開輔助接點(diǎn)52a閉合，常閉輔助接點(diǎn)52b2斷開，形成DC2+—BI_01（HWJ）—52a—TC—DC2-的監(jiān)視回路;當(dāng)斷路器處于分閘位置時(shí)，斷路器常閉輔助接點(diǎn)52b2閉合，常開輔助接點(diǎn)52a斷開，形成DC2+—BI_01（HWJ）—R—52b2—TC—DC2-的監(jiān)視回路。因此，無論斷路器處于分位還是合位，都可以實(shí)時(shí)監(jiān)視跳閘線圈狀態(tài)。

該控制回路的電壓為DC110 V，PCS-222CG的BI輸入動(dòng)作電壓范圍為70%～120%。BI_01內(nèi)串接的電阻值為100 kΩ。由于采用一個(gè)BI作為跳位監(jiān)視繼電器，為保證斷路器處于合位（52a閉合）時(shí)，在光耦BI_01短路的情況下，跳閘線圈TC不誤跳，需限制回路DC2+—BI_01（HWJ）—52a—TC—DC2-的電流，所以南瑞繼保在BI_01中串接了一個(gè)100 kΩ的電阻，以保證該回路電流小于跳閘線圈長期允許承受的電流。

由于PCS-222CG的BI輸入動(dòng)作電壓范圍為70%～120%，當(dāng)斷路器處于分位（52b2閉合）時(shí)，回路DC2+—BI_01（HWJ）—R—52b2—TC—DC2-導(dǎo)通，由于BI串接了100 kΩ電阻，則電阻R=25 kΩ時(shí)，BI上分壓為88 V，在可靠動(dòng)作電壓范圍內(nèi)，滿足輸入電壓動(dòng)作要求。

為了避免斷路器處于分位時(shí)跳閘接點(diǎn)BO誤動(dòng)，回路DC2+—BO（TJ）—R—52b2—TC—DC2-導(dǎo)通，跳閘線圈誤動(dòng)，則需在該回路串聯(lián)電阻且保證流過該回路的電流小于跳閘線圈TC的啟動(dòng)電流。當(dāng)電阻R=25 kΩ時(shí)，流過該回路的電流為4.4 mA，滿足電流值要求。

綜上，流過R的電流I=110 V÷25 kV=4.4 mA，R上的功率P=I2R=4.42 mA×25 kΩ=0.484 W，所以選擇R的阻值為25 kΩ，功率為5 W。

（2）SAM600 IO斷路器跳閘監(jiān)視回路接線如圖3所示。

該控制回路的電壓為DC110 V，SAM600 IO的BI輸入動(dòng)作電壓范圍為80%～120%。根據(jù)斷路器廠家說明書，斷路器跳閘線圈的電阻Ri=48 Ω，長期允許電流ILT=48 mA。

跳閘監(jiān)視回路簡稱TCS。TCS的設(shè)計(jì)必須滿足當(dāng)斷路器處于分閘位置時(shí)，能承受控制電源處于最大浮充電壓時(shí)的電流，且光耦BI_07短路時(shí)跳閘線圈不會(huì)誤跳。為限制回路DC+—R1—BI_07—52a—TC—DC-電流，在BI_07前串接電阻R1，保證該回路電流小于跳閘線圈長期允許承受的電流。

當(dāng)斷路器處于分位（52b閉合）時(shí)，為了避免有跳閘信號時(shí)跳閘線圈誤動(dòng)，通過跳閘線圈的電流應(yīng)該限制在一個(gè)很小的值，線圈能長期承受該值且不動(dòng)作，所以在該回路中串接電阻R2。如果上述深色線條回路沒有R2，斷路器處于分位時(shí)跳閘線圈會(huì)誤動(dòng)。若要保證回路DC+—TJ—R2—52b—TC—DC-電流很小，則電阻R2的阻值越大越好。

根據(jù)ABB SAM600 IO廠家說明書，當(dāng)BI_07導(dǎo)通后，電流為恒定的常數(shù)，相當(dāng)于一個(gè)恒流源。當(dāng)BI_07的控制電源電壓為DC110 V，最大額定功率P=0.2 W時(shí)，可以計(jì)算出BI_07導(dǎo)通后的電流I=0.2 W/110 A≈1.82 mA。

根據(jù)廠家說明書，BI_07的可靠動(dòng)作電壓最小值為88 V（DC110 V電壓的80%），可以計(jì)算出跳閘監(jiān)視回路其余部分最大分壓VR=110 V-88 V=22 V，則跳閘監(jiān)視回路總電阻值應(yīng)滿足R≤VR/I=22 V/1.82 mA ≈12 kΩ。

考慮到電壓波動(dòng)和裕度，最終總電阻值R選擇6.6 kΩ（R=R1+R2=3.3 kΩ+3.3 kΩ）。

此時(shí)，BI的分壓VBI=110 V-（1.82 mA×6.6 kΩ）≈98 V，分壓比VBI=98/110≈89%，滿足BI_07動(dòng)作條件。

如果BI_07光耦短路，R1的選取需要滿足當(dāng)斷路器處于合位時(shí)，回路DC+—R1—BI_07—52a—TC—DC-導(dǎo)通，跳閘線圈不被激勵(lì)且不發(fā)熱。根據(jù)66 kV斷路器廠家說明書，斷路器分合閘線圈電阻Ri=48 Ω。

當(dāng)R1=3.3 kΩ，該監(jiān)視回路一旦導(dǎo)通，BI將該回路電流限制為恒定值I=1.82 mA<48 mA。

此時(shí)R1的功率PR1=I2R1=1.822 mA×3.3 kΩ≈10.9 mW。

綜上所述，R1參數(shù)選擇（3.3 kΩ，5 W）滿足要求。

當(dāng)斷路器處于分位（52b閉合）時(shí)，為了避免有跳閘信號時(shí)跳閘線圈誤動(dòng)，通過跳閘線圈的電流應(yīng)該限制在一個(gè)很小的值，線圈能長期承受該值且不動(dòng)作，通過電阻R2限制回路DC+—TJ—R2—52b—TC—DC-的電流。

當(dāng)R2=3.3 kΩ，該監(jiān)視回路電流I=110 V/3.3 kΩ≈33 mA<48 mA。

R2的功率PR2=I2R2=332 mA×3.3 kΩ≈3.6 W。

（3）SAM600 IO斷路器跳閘監(jiān)視回路改進(jìn)設(shè)計(jì)。

鑒于電阻R2的參數(shù)選擇（3.3 kΩ，5 W），電阻的額定功率為5 W，雖然電阻不會(huì)被燒壞，但如果非電量信號具有自保持功能，電阻長期運(yùn)行會(huì)發(fā)熱，電阻功率選擇太大則體積會(huì)太大。對圖3跳閘監(jiān)視回路進(jìn)行改造，改造后的跳閘監(jiān)視回路接線如圖4所示。

當(dāng)保護(hù)跳閘輸出信號包含自保功能，增加反向阻斷二極管時(shí)，回路DC+—TJ—R2—52b—TC—DC-無法導(dǎo)通，則不會(huì)出現(xiàn)R2電阻發(fā)熱的問題。

3 結(jié)語

斷路器操作回路的穩(wěn)定可靠性關(guān)系到斷路器動(dòng)作的可靠性，從而關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定性，因此斷路器跳閘監(jiān)視回路設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。本文以南瑞繼保的智能終端PCS-222CG和ABB的SAM600 IO為例進(jìn)行了分析比較，提出了斷路器跳位監(jiān)視回路電阻值的計(jì)算依據(jù)及方法，使監(jiān)視回路能實(shí)時(shí)監(jiān)視斷路器并反映斷路器運(yùn)行狀態(tài)。針對ABB的SAM600 IO跳閘監(jiān)視回路存在的問題，提出了改進(jìn)措施，對國外項(xiàng)目的開關(guān)跳位監(jiān)視回路設(shè)計(jì)和改進(jìn)具有一定的借鑒意義。

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收稿日期：2020-06-02

作者簡介：楊雷雷（1988—），女，安徽滁州人，工程師，從事輸變電工程設(shè)計(jì)工作。