智能终端与断路器操作机构防跳配合问题分析

欧阳帆，刘海峰，赵永生，荀吉辉(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007)

长沙110 kV曾家冲智能变电站是国网公司建设坚强智能电网第1批智能变电站新建试点项目之一，该站在站内结构设计等方面做了大量创新应用，取得了很好的效果。该站已于2011年12月25日顺利投运。在为期2个多月的现场调试中，调试人员发现并解决了多项重要问题，其中包括就地智能终端合闸出口回路与GIS断路器操作机构防跳回路之间的电路匹配问题。

本文从调试阶段发生的1例断路器防跳回路闭锁合闸线圈故障着手，通过回路分析和现场实测，查出问题原因并现场验证，提出了解决方法和观点。

1 智能变电站系统概况

曾家冲变电站自动化系统基于IEC61850标准，采用“三层设备一层网络”二次网络结构。SMV，GOOSE，MMS，IEEE1588报文共网传输的“四网合一”通信模式，按照IEC61850通信规范进行系统建模及信息传输，实现了网络采样及网络跳闸。

110 kV高压设备为户内GIS设备，采用“一次设备+智能组件”的方式，实现一次设备智能化。GIS开关生产厂家为西安西电，开关操作回路引入就地外设的智能组件柜;智能组件柜的智能组件生产厂家为思源弘瑞，将合并单元和智能终端功能集成为1个装置的2个模块，实现采集控制一体化。智能组件柜与本间隔断路器操作机构同柜安装。

过程层设备与间隔层装置之间的所有直流量开关输入信号 (断路器、刀闸、地刀位置及其他信号)通过置于GIS室各间隔的智能组件柜就地完成采集，转换为数字量后通过GOOSE报文从网络传输;所有直流量开关输出控制也由网络通信GOOSE报文完成，在智能终端转换为硬接点输出，最后通过二次电缆连接开关、刀闸或地刀等实现分合控制。

2 调试故障现象与分析

2.1 故障现象

在对1号间隔断路器进行整组调试时，首先通过后台操作断路器合、跳开1次，动作正确;当再试图操控断路器合闸时，此时断路器合不上;将智能组件停电后重新上电，再发合令，又可以正确动作了。并且发现，其他几个间隔断路器都存在同样的问题。

通过现场测量发现，当第1次合、跳闸后再合闸，智能终端的合闸出口处电压没有发生明显变化，因此可将故障范围认定在分合闸出口回路上。

2.2 回路原理分析

调试人员分别调取了断路器操作机构和智能组件设计图纸，对有关回路进行检查。与该故障相关的回路主要有3部分:断路器操作机构分合闸回路，智能终端分合闸出口回路，智能防跳逻辑判别回路。

(1)断路器操作机构分合闸回路

西电断路器操作机构的分合闸回路原理图见图1，其中虚线部分是思源弘瑞智能终端装置的回路，52a与52b均为断路器位置辅助接点，图中对应于断路器断开位置。断路器防跳功能由断路器操作机构防跳回路实现。

西电断路器通过驱动本体操作机构实现断路器分、合闸控制，防跳回路作为其一部分，采用并联防跳方式〔1-2〕。这种防跳方式原理是靠1个与断路器合闸线圈52C并联的接触器52Y实现的。

图1 断路器操作机构分合闸回路原理图

该回路动作顺序如下:合闸指令发出后，HJ闭合，接通52C合闸回路，断路器合闸;位置接点52a－1、52a－2 闭合，52b－1 断开;52a－2 为先合接点，先于52b－1动作，在合闸回路断开前接通52a－2—52Y－3—52Y，使防跳回路可靠接通;52Y动作断开52Y－1和52Y－3、闭合52Y－2后，改由52Y—R1—52Y－2构成小电流自保持回路，保持52Y动作状态，并使52a－2旁路。此时由于52Y－1和52b－1断开，合闸回路断开。如果合闸指令因故粘连，即HJ始终接通，则52Y不会返回，合闸回路就不会贯通，若此时保护动作跳闸也不会再次合闸，从而达到防跳目的。只有HJ部分跳开，使52Y返回，合闸回路才可恢复以再次合闸。

(2)智能终端分合闸出口回路

智能终端的分合闸出口回路原理见图2，其中虚线部分是西电断路器操作机构的回路。终端接收保护测控装置通过GOOSE报文送来的跳闸信号，并驱动板内合位继电器HJ闭合，接通合闸出口。合位保持继电器HBJ动作，与HBJ接点构成自保持电路，在HJ断开后承担续流功能，确保合闸回路即使在HJ跳开后也能继续完成合闸操作。

图2 智能终端出口回路原理图

(3)智能防跳逻辑判别回路

智能终端合闸出口回路中的FTJ为防跳继电器接点，采用软件逻辑判别实现防跳功能，其逻辑判别实现图见图3。当防跳回路功能投入，检查到合闸回路异常，如HBJ接点粘连、合闸出口异常等情况时，防跳继电器经延时动作，跳开FTJ触点并发报文，合闸回路不能启动〔3〕。

图3 软件防跳功能逻辑实现图

经检查，为避免与断路器操作机构防跳回路冲突，智能终端退出了软件防跳功能，该触点一直闭合，可以排除该部分故障可能性。

2.3 故障分析

查阅相关文献得知〔4-6〕:近年来，国外及国内引进技术生产的断路器均自带并联方式的防跳回路。并联防跳回路的特点是回路比较简单，只与合闸回路有关，对跳闸回路没有影响;但需与断路器操作箱配合共同构成完整操作回路。如果两者配合不好，就会产生冲突，甚至不能完成基本的跳、合闸操作:最常见的现象就是断路器合、分操作一次后不能继续合闸操作，与本文前面提到的现象一样。

通过回路分析并结合文献信息可以确定:防跳回路闭锁合闸回路是导致此次合闸拒动故障的原因，且问题应出在智能终端和断路器操作机构2个自保持电路之间的电气配合上。图4给出了合闸回路跳开后的整体电路示意图。

图4 合闸回路跳开后的电路示意图

进一步检查智能终端插板，查明出口模块中HBJ，TBJ均是日本松下生产的直流继电器，型号为NAISST2－DC1.5V－F，额定工作电压1.5 V，线圈标准阻值9.3 Ω，其释放电压为10%额定工作电压，可算得保持电流约为16 mA;并联电阻R为10 Ω/5 W。并查得断路器操作回路中52Y接触器的型号为JZC3－22dZ，电感线圈，其额定工作电压110 V，释放电压 (0.1～0.7)Un，保持电流约在100～150 mA;R1型号为RX20－30，阻值1 200 Ω，对52Y起分压和限流作用。计算52Y上即整条电路上的保持电流Ist取值范围为:

可见回路上的电流满足52Y的保持电流要求，而HBJ线圈上并联的电阻因配比选择不当，导致流过HBJ线圈的电流超过了其保持电流上限，防跳回路不能自行切断。

2.4 解决与验证

由于HBJ线圈保持电流比52Y接触器线圈保持电流低1个数量级，要使HBJ自保持回路先于防跳自保持回路分断，必须更换HBJ上并联的分流电阻，令合闸后通过HBJ线圈的电流小于16 mA。按式 (1)求得的Ist范围可计算出配合合位保持继电器9.3 Ω阻抗所需并联电阻取值范围为:

考虑到HBJ线圈吸合需要施加一定量的电流，最终在智能终端HBJ线圈位置更换电阻为1.2 Ω/10 W。

防跳回路的正确性必须通过试验来检验:

(1)先在就地智能组件柜操作面板上将远方就地手柄打到“就地”位置，扳分合闸手柄至“合闸”位置不松手，断路器合闸后短接保护跳闸触点，断路器分闸，不再合闸。

(2)再将远方就地手柄打到“远方”位置，短接断路器远方合闸接点不松手，断路器合闸，再短接保护跳闸触点，断路器分闸，不再合闸。

以上分别试验都正确，才能说明断路器的防跳功能是正确、可靠的。本例修改以后的回路经现场试验顺利通过，证明防跳功能可靠〔7〕。

3 结束语

智能变电站用过程层网络替代了传统变电站的二次回路，取消从就地到保护控制室的电缆连接，代以光纤通信，提高了信息承载量。但在一次设备与智能终端柜之间仍依靠电气二次回路实现操作，电气模拟知识必不可少。

防跳回路的作用是为防止因控制开关或自动装置的合闸接点未能及时返回而正好合闸在故障线路和设备上，造成断路器连续切合的“跳跃”现象而设定的，目的在于保护断路器;防跳回路还有另一项重要功能，是防止因跳闸回路的断路器辅助接点变位过慢造成保护出口接点先行断弧而烧毁的现象，对于微机保护装置来说这种情况是禁止发生的。因此，一次开关和二次设备厂家都会在各自回路中预设防跳回路，在投用时根据实际情况择一使用。由于一、二次设备为不同厂家制造，之间的电气配合需要认真考虑、仔细检查。

随着智能变电站技术的进步，势必促使一次开关设备技术朝着一、二次功能融合的方向发展，届时智能组件嵌入一次设备中，光数字信号直接连入一次设备本体，有可能带来调试检查的不便。需要重视前期设计和参与到出厂调试验收中，在设计联席阶段对图纸、技术参数等认真核查;深度参与出厂调试过程，尽可能采取联合调试，改进测试方法，避免此类问题的发生。

〔1〕孔晓峰，杜浩良.基于IEC61850标准的数字化继电保护运行方式〔J〕.中国电力，2010，43(4):28-32.

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